[發明專利]二次激勵摩擦壓電旋轉驅動器

有效

• 申請號: 202010031374.5
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111181436B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 董景石;王健;武子杰;祁晉民;雷豪杰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明涉及到一種二次激勵摩擦壓電旋轉驅動器，其主體結構包括：致動器、底座、基板、圓環和中心附加質量塊。致動器由兩個垂直布置的壓電疊堆組成。在圓環的中間安裝中心附加質量塊，兩者通過四個均布的柔性鉸鏈連接。壓電疊堆A和壓電疊堆B的驅動信號具有一定相位差，壓電疊堆A和壓電疊堆B交替伸縮變形，基板中心孔壁摩擦圓環，使圓環順時針轉動。圓環轉動時，通過柔性鉸鏈帶動中心附加質量塊進行運動。中心附加質量塊由于慣性相對圓環運動滯后1/4周期，中心附加質量塊運動時，造成圓環和中心附加質量塊形成的整體質心偏移，從而通過柔性鉸鏈帶動圓環順時針轉動，可等效為二次激勵。本發明相較于傳統壓電旋轉驅動器，能夠增加旋轉動力。

技術領域

本發明屬于精密機械領域。

背景技術

近年來，隨著微納米技術的迅猛發展，在生物醫學工程、精密機械、機器人、計算機、自動控制、精密測量、精密器件微制造、超精密加工等技術領域對微小型機械的驅動技術的需求日益增多。

傳統精密驅動主要采用機械式，如精密絲杠副及滾動滑動導軌、精密螺旋楔塊機構等，由于存在間隙、摩擦、爬行等問題，其精度很難滿足要求。在這種條件下發展出許多新型的驅動方式，例如靜電吸引式、電磁式、磁致伸縮式、形狀記憶合金式以及壓電式等。

壓電驅動的工作原理主要是應用壓電材料的逆壓電效應，即壓電體受電場作用時會產生形變，與其他方式相比具有機電轉化系數高、無電磁干擾和響應速度快等優點。

另一方面慣性式壓電驅動裝置因其在工作行程、分辨率、工作頻率、運動速度、頻率響應、制造成本和受壓電元件滯環蠕變影響程度等方面具有獨特的優勢，已經發展成為壓電精密驅動的一個重要部分。現有的壓電慣性驅動裝置多采用非對稱電信號作為激勵信號，但這種驅動裝置有信號不易于產生、機構不容易控制和有較大回退運動等缺點。

鑒于目前壓電慣性驅動裝置所存在的問題，本發明提出一種二次激勵摩擦壓電旋轉驅動器，首先通過壓電疊堆驅動基板與圓環之間產生摩擦，使圓環(3)順時針轉動，再利用中心附加質量塊(6)的慣性和柔性鉸鏈A(4)的彈性，實現對圓環的二次激勵，為圓環(3)提供更多動力。本發明具有裝置結構簡單、易于實現、器件可靠性高、無電磁干擾、激勵信號易于產生和控制和裝置可控性好等優點。

發明內容

本發明所需要解決的技術問題是：

1)利用一定波形和相位差的電壓，驅動壓電疊堆(7)、壓電疊堆(8)交替伸長，進而推動基板(2)完成具有特定規律的周期性運動。

2)利用基板(2)的中心孔壁摩擦圓環(3)，使圓環(3)順時針轉動；

3)中心附加質量塊(6)由于慣性將做相對圓環(3)延后1/4周期時間的轉動，將中心附加質量塊(6)的運動作為對圓環(3)順時針轉動的二次激勵。

4)讓上述的二次激勵與一次激勵產生同為順時針或同為逆時針的旋轉效果，進而實現轉速的提高。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

所述的壓電疊堆A(7)、壓電疊堆B(8)均一端與底板(1)固定，另一端作用于基板(2)，基板(2)與底板(1)通過柔性鉸B(5)連接，圓環(3)置于基板(2)中心孔中間，圓環(3)與中心附加質量塊(6)通過柔性鉸鏈A(4)連接，底板(1)加工有螺紋孔，用于固定。中心附加質量塊6采用鑄鐵材質，其余材料均采用有機玻璃。