[發明專利]一種磁流變電磁耦合調摩擦的懸臂式壓電旋轉驅動器

有效

• 申請號: 201811213790.6
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109245599B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 溫建明;王仁明;鮑慧璐;程立;李建平;馬繼杰
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/14;H02N2/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及磁流變液與電磁耦合調摩擦的懸臂式慣性壓電驅動器，屬于壓電精密驅動技術領域。輸出軸中部固接長夾持塊，長夾持塊上有兩塊壓電晶片，由短夾持塊與螺釘固定連接，壓電晶片端部分別固定慣性質量塊，輸出軸底部固定安裝摩擦盤，摩擦盤浸于磁流變液中；輸出軸上部與軸承通過承重盤固接，軸承固定安裝在蓋板上，圓筒固定安裝在底板與蓋板之間，底座上放置帶有導磁外殼的電磁線圈，中部帶有密封片與密封條密封形成放置磁流變液的容腔。優點是：利用磁流變液與電磁線圈耦合實現驅動器的摩擦力調整，減少了傳統意義上的摩擦磨損，提高了驅動器的精度與壽命。

技術領域

本發明屬于微小、精密驅動領域。

背景技術

近年來，隨著微納米驅動技術的飛速發展，在生物醫學、精密機械、仿生機器人、自動控制、精密測量，精密操作、精密器件、超精密加工等技術領域對微小型機械的驅動要求逐年增加。微納米級別的驅動技術作為探索微觀領域的核心技術，已經成為國內外科研機構、學者的研究熱點。傳統的精密機械驅動方式一般采用機械結構式，比如精密車床中的絲桿副以及滾動、滑動導軌、精密螺旋楔塊機構等，即便是超高精度的機械結構，還是無法避免存在裝配間隙、摩擦磨損、爬行等現象，因此傳統機械結構式驅動器難以提升精度水平，在這種形式下，發展出了很多新型的驅動方式，如靜電吸引式、電磁吸引式、磁致伸縮式、形狀記憶合金式和壓電式等。壓電陶瓷是一種廣泛應用在精密驅動領域的智能材料，其具有低能耗、無電磁干擾、響應速度快等優點，以壓電材料為驅動元件的驅動器成為近年來精密驅動領域的一個重要分支。

近年來壓電精密驅動裝置得到廣泛研究與應用。慣性壓電驅動器是將慣性質量塊與壓電元件共同作用產生的慣性沖擊力作為驅動力的驅動裝置，其機械結構簡單，運動速度較快，形成的驅動運動方式易于控制，而且可以獲得大行程的連續運動，可以穩定工作在高頻狀態，一直是國內外研究的熱點。

目前所研制的慣性壓電驅動器的工作機理多數是通過電控或者改變機械結構或得力差驅動運動，少數為利用摩擦力控制方式獲得力差驅動運動，早期的研究工作主要是通過電信號產生不同的慣性沖擊力使機構運動；隨著研究工作與科學領域的擴展，為了將新型智能材料引入到精密驅動領域中，提出了利用磁流變效應控制摩擦力的方法，通過改變磁場控制摩擦力實現控制驅動器輸出能力。

鑒于上述條件，本發明提出的壓電驅動器利用對稱方波電信號作為壓電振子的激勵信號，壓電振子在非對稱夾持條件下產生不同大小的慣性沖擊力，當產生的沖擊力大于摩擦力時，輸出軸旋轉，當產生的沖擊力小于摩擦力時，輸出軸停止旋轉。驅動器的摩擦力調節裝置能根據電磁線圈的通電大小，調節摩擦力大小，間接控制驅動器的輸出性能，具有良好的可控性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：通過引入磁流變液與電磁線圈耦合來優化壓電驅動器中摩擦力調節裝置普遍存在的固體對固體摩擦，以解決常見的壓電驅動器因固體對固體產生的摩擦磨損、摩擦力分布不均勻、摩擦力難以定量調節等問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種磁流變電磁耦合調摩擦的懸臂式壓電旋轉驅動器，其包括：圓筒(a)、密封條固定板(b)、上導磁外殼(c1)、下導磁外殼(c2)、電磁線圈(d)、底板(e)、磁流變液(f)、密封片(g1)、密封圈(g2)、摩擦盤(h)、線圈骨架(i)、慣性質量塊一(j1)、慣性質量塊二(j2)、壓電晶片一(k1)、壓電晶片二(k2)、短夾持塊一(l1)、短夾持塊(l2)、承重盤(m)、輸出軸(n)、軸承(o)、長夾持塊(p)、蓋板(q)：

密封條固定板(b)為左右兩個對稱設置，左方的密封條固定板(b)的左端與圓筒(a)左側內壁固定連接，左方的密封條固定板(b)的下表面固定連接上導磁外殼(c1)，右方的密封條固定板(b)的右端與圓筒(a)右側內壁固定連接，右方的密封條固定板(b)的下表面固定連接上導磁外殼(c1)；