[實用新型]一種具有偏置壓電振子的慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620112762.5
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN205389179U
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程光明;陳康;李新輝;溫建明;闞君武;張忠華;曾平
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: H02N2/14
• 分類號: H02N2/14
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于壓電精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有偏置壓電振子的慣性壓電 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。

背景技術(shù)

隨著科技的高速發(fā)展與社會的不斷進(jìn)步，各類機械產(chǎn)品呈現(xiàn)出“巨型化”和“微型 化”的兩極發(fā)展趨勢。在微型化發(fā)展方向上，由于各種產(chǎn)品的不斷研發(fā)和應(yīng)用，對微納米級 的定位、測量和控制技術(shù)均提出了更高的要求，其中，壓電型精密驅(qū)動器憑借其分辨率高、 頻率響應(yīng)好、單位面積輸出能量高、無電磁干擾、可微小化、易于實現(xiàn)一體化閉環(huán)控制等特 點，逐漸成為國內(nèi)外科研機構(gòu)的研究熱點，并在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

慣性式壓電驅(qū)動器作為眾多壓電驅(qū)動器中的一類，主要采用非對稱的機械夾持結(jié) 構(gòu)、非對稱的驅(qū)動信號或非對稱的摩擦力為控制方式，通過慣性沖擊運動形成驅(qū)動。

機械結(jié)構(gòu)控制式慣性壓電驅(qū)動器，通常采用非對稱機械夾持結(jié)構(gòu)和對稱驅(qū)動信號 共同作用產(chǎn)生的非對稱驅(qū)動力作為動力源，匹配對稱摩擦力實現(xiàn)驅(qū)動，并且其壓電雙晶片 的布置不存在偏置距離，以旋轉(zhuǎn)型驅(qū)動器為例，其兩個壓電雙晶片關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸軸心線對稱 布置，不存在所述的偏置距離，驅(qū)動信號和運動實現(xiàn)過程如圖1a～圖1e所示。在對稱信號 (例如方波)的一個激勵周期內(nèi)，驅(qū)動器的運動過程主要分為四個階段：①驅(qū)動器不受信號 時保持原始狀態(tài)，無運動；②驅(qū)動信號0-a上升階段，壓電雙晶片向長夾持側(cè)變形，產(chǎn)生大于 摩擦力的較小驅(qū)動力，使驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)主體向逆時針后退一小步θ₁，驅(qū)動信號a-b穩(wěn)定階段， 壓電雙晶片不變形，不產(chǎn)生驅(qū)動力和運動；③驅(qū)動信號b-c下降階段，壓電雙晶片向短夾持 側(cè)變形，產(chǎn)生大于摩擦力的較大驅(qū)動力，使驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)主體向順時針前進(jìn)一大步θ₂，驅(qū)動信 號c-d穩(wěn)定階段，壓電雙晶片不變形，不產(chǎn)生驅(qū)動力和運動；④驅(qū)動信號d-e上升階段，壓電 雙晶片恢復(fù)未變形狀態(tài)。綜上，在一個激勵信號周期內(nèi)，驅(qū)動器前進(jìn)一步Δθ＝θ₂-θ₁。在周期 性信號激勵下，驅(qū)動器將不斷重復(fù)上述運動過程，最終實現(xiàn)連續(xù)的順時針轉(zhuǎn)動。該類壓電驅(qū) 動器從機械結(jié)構(gòu)控制理念出發(fā)，采用非對稱結(jié)構(gòu)夾持生成驅(qū)動力，相較于信號控制式、摩擦 控制式壓電精密驅(qū)動器而言，不僅巧妙地簡化了復(fù)雜的電路控制系統(tǒng)，而且降低了高精度 摩擦控制方法的要求，從而使得此類驅(qū)動器的研究擁有較為寬松和理想的設(shè)計環(huán)境。

信號控制式慣性壓電驅(qū)動器，采用非對稱的驅(qū)動信號作為動力源，并匹配前進(jìn)和 后退方向上對稱(數(shù)值相等)的摩擦力實現(xiàn)驅(qū)動。該類驅(qū)動器由于需要建立相對復(fù)雜和精密 的信號控制系統(tǒng)，會對驅(qū)動器整機的微小化和集成化帶來一定難度。

摩擦控制式慣性壓電精密驅(qū)動器采用對稱的驅(qū)動信號和機械夾持結(jié)構(gòu)共同作用 產(chǎn)生的驅(qū)動力作為動力源，通過前進(jìn)與后退方向上非對稱的摩擦力實現(xiàn)驅(qū)動，由于摩擦力 是非線性的，與接觸面情況和驅(qū)動器運動參數(shù)等相關(guān)，計算和建模復(fù)雜，因此，為保證較好 的工作性能，該類驅(qū)動器對摩擦控制方法與摩擦接觸表面精度提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型提供一種具有偏置壓電振子的慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，以解決存在的信 號控制式驅(qū)動器電控系統(tǒng)復(fù)雜、摩擦控制式摩擦精度控制要求高的問題。

本實用新型采取的技術(shù)方案是：質(zhì)量塊通過螺栓分別固定在壓電雙晶片一、壓電 雙晶片二的自由端部，該壓電雙晶片一、壓電雙晶片二夾持端分別通過螺栓和夾持條固接 在L型夾持塊上，且夾持條和L型夾持塊夾持部分尺寸一樣，L型夾持塊通過螺栓固連在驅(qū)動 器旋轉(zhuǎn)主體塊上，主體塊與旋轉(zhuǎn)軸過盈配合，指針固結(jié)在軸頂部，軸承過盈配合連接在旋轉(zhuǎn) 軸下端，軸承外圈過盈連接在底板上。

本實用新型所述壓電雙晶片一、壓電雙晶片二夾持端所在平面關(guān)于驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)軸 軸心線存在偏置距離。

本實用新型所述壓電雙晶片一、壓電雙晶片二平行分布在驅(qū)動器主體塊兩側(cè)，壓 電雙晶片一、壓電雙晶片二各自夾持端所在平面相平行，且兩者平面不經(jīng)過驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)軸 軸心線。

本實用新型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)新穎，采用偏置布置、無夾持差夾持的壓電雙晶片作為 驅(qū)動源，配合對稱電信號和對稱的摩擦力，略去了復(fù)雜的電路系統(tǒng)，也優(yōu)化了非對稱夾持差 結(jié)構(gòu)不可控的夾持差調(diào)節(jié)方式。

附圖說明

圖1a是現(xiàn)有技術(shù)中一種利用非對稱夾持差機械結(jié)構(gòu)的慣性壓電驅(qū)動器的不受信 號時保持原始狀態(tài)，無運動示意圖；