基于三個壓電堆的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動裝置及方法
【專利摘要】基于三個壓電堆的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動裝置及方法，該裝置包括定子，外圈固定于定子內(nèi)孔中的精密軸承，輸出軸一端固定于精密軸承內(nèi)圈，另一端固定于連接環(huán)，連接環(huán)兩側(cè)分別通過柔性鉸鏈連接有第一箝位機(jī)構(gòu)和第二箝位機(jī)構(gòu)，第一箝位機(jī)構(gòu)內(nèi)部安裝有第一壓電陶瓷驅(qū)動器，第二箝位機(jī)構(gòu)內(nèi)部安裝有第二壓電陶瓷驅(qū)動器，連接環(huán)、第一箝位機(jī)構(gòu)和第二箝位機(jī)構(gòu)共同組成偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，在偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上固定有驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)內(nèi)部安裝有第三壓電陶瓷驅(qū)動器，驅(qū)動機(jī)構(gòu)為非對稱結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還提供該驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)的方法；將壓電陶瓷驅(qū)動器輸出的直線位移轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲⑼ㄟ^多個壓電陶瓷驅(qū)動器的協(xié)調(diào)步進(jìn)實(shí)現(xiàn)大行程的角位移輸出，并且同時具備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕的特點(diǎn)。
【專利說明】基于三個壓電堆的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電陶瓷驅(qū)動裝置，具體涉及基于三個壓電堆的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著微納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，壓電驅(qū)動裝置在光學(xué)、電子、航空、航天、機(jī)械制造、醫(yī)學(xué)及遺傳工程等【技術(shù)領(lǐng)域】取得廣泛應(yīng)用。尤其是在航天領(lǐng)域，迫切需要一種體積小，質(zhì)量輕，驅(qū)動力大，分辨力高的驅(qū)動裝置。壓電陶瓷驅(qū)動器雖然具有體積小，位移輸出分辨力高，易于控制，無雜散磁場等特點(diǎn)，但是由于其位移輸出行程較小且只能輸出直線位移因此應(yīng)用范圍被大大減小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于三個壓電堆的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動裝置及方法，將壓電陶瓷驅(qū)動器輸出的直線位移轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲⑼ㄟ^多個壓電陶瓷驅(qū)動器的協(xié)調(diào)步進(jìn)實(shí)現(xiàn)大行程的角位移輸出，并且同時具備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕的特點(diǎn)。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]基于三個壓電堆的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動裝置，包括定子1，外圈固定于定子I內(nèi)孔中的精密軸承2，輸出軸3 —端固定于精密軸承2內(nèi)圈，另一端固定于連接環(huán)4，連接環(huán)4兩側(cè)分別通過柔性鉸鏈連接有第一箝位機(jī)構(gòu)5和第二箝位機(jī)構(gòu)6，在第一箝位機(jī)構(gòu)5內(nèi)部安裝有第一壓電陶瓷驅(qū)動器7，在第二箝位機(jī)構(gòu)6內(nèi)部安裝有第二壓電陶瓷驅(qū)動器8，所述連接環(huán)4、第一箝位機(jī)構(gòu)5和第二箝位機(jī)構(gòu)6共同組成偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9，在偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9上固定有驅(qū)動機(jī)構(gòu)11，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)11內(nèi)部安裝有第三壓電陶瓷驅(qū)動器10，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)11為非對稱結(jié)構(gòu)。
[0006]上述所述驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)的方法:初始狀態(tài):第一壓電陶瓷驅(qū)動器7、第二壓電陶瓷驅(qū)動器8和第三壓電陶瓷驅(qū)動器10均不帶電，第一箝位機(jī)構(gòu)5和第二箝位機(jī)構(gòu)6與定子I相接觸，靠摩擦力進(jìn)行箝位，系統(tǒng)處于鎖止?fàn)顟B(tài)；旋轉(zhuǎn)步進(jìn)時分為三步:第一步，第二壓電陶瓷驅(qū)動器8通電，由于逆壓電效應(yīng)，第二壓電陶瓷驅(qū)動器8伸長，第二箝位機(jī)構(gòu)6沿定子徑向方向長度減小，不再箝位，同時第一箝位機(jī)構(gòu)5繼續(xù)保持箝位狀態(tài)；第二步，第三壓電陶瓷驅(qū)動器10通電，由于逆壓電效應(yīng)，第三壓電陶瓷驅(qū)動器10伸長，導(dǎo)致驅(qū)動機(jī)構(gòu)11沿定子徑向方向縮短。由于驅(qū)動機(jī)構(gòu)11固定于偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9上，且驅(qū)動機(jī)構(gòu)11為非對稱結(jié)構(gòu)，因此驅(qū)動機(jī)構(gòu)將帶動偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9發(fā)生彎曲；第三步，第一壓電陶瓷驅(qū)動器7通電，由于逆壓電效應(yīng)，第一壓電陶瓷驅(qū)動器7伸長，第一箝位機(jī)構(gòu)5沿定子徑向方向長度減小，不再箝位，此時偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9受彈性回復(fù)力影響解除彎曲狀態(tài)，第一箝位機(jī)構(gòu)5隨偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9的回復(fù)而步進(jìn)一定角度；重復(fù)上述三步，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)。
[0007]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0008]由于初始狀態(tài)下第一壓電陶瓷驅(qū)動器7、第二壓電陶瓷驅(qū)動器8和第三壓電陶瓷驅(qū)動器10均不帶電，第一箝位機(jī)構(gòu)5和第二箝位機(jī)構(gòu)6與定子I相接觸，靠摩擦力進(jìn)行箝位，系統(tǒng)處于鎖止?fàn)顟B(tài)，因此該旋轉(zhuǎn)步進(jìn)式壓電陶瓷驅(qū)動裝置具有斷電后位置鎖止的功能。同時該壓電陶瓷驅(qū)動裝置由于采用壓電陶瓷作為驅(qū)動器，因此具有較高的輸出精度。并且由于結(jié)構(gòu)簡單，體積小，降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及尺寸，因此工作穩(wěn)定可靠，應(yīng)用范圍廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)爆炸示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0011]圖3為本發(fā)明驅(qū)動機(jī)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明一種基于三壓電陶瓷的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)式壓電陶瓷驅(qū)動裝置，包括定子1，外圈固定于定子I內(nèi)孔中的精密軸承2，輸出軸3—端固定于精密軸承2內(nèi)圈，另一端固定于連接環(huán)4，連接環(huán)4兩側(cè)分別通過柔性鉸鏈連接有第一箝位機(jī)構(gòu)5和第二箝位機(jī)構(gòu)6，在第一箝位機(jī)構(gòu)5內(nèi)部安裝有第一壓電陶瓷驅(qū)動器7，在第二箝位機(jī)構(gòu)6內(nèi)部安裝有第二壓電陶瓷驅(qū)動器8，所述連接環(huán)4、第一箝位機(jī)構(gòu)5和第二箝位機(jī)構(gòu)6共同組成偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9，在偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9上固定有驅(qū)動機(jī)構(gòu)11，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)11內(nèi)部安裝有第三壓電陶瓷驅(qū)動器10，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)11為非對稱結(jié)構(gòu)。驅(qū)動機(jī)構(gòu)11 一端通過第一螺栓12和第二螺栓13固定在偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9的第二箝位機(jī)構(gòu)6上，另一端通過第三螺栓14和第四螺栓15固定在偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9的第一箝位機(jī)構(gòu)5上。
[0014]如圖2所示，偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9包括連接環(huán)4，通過柔性鉸鏈固定于連接環(huán)4 一端的第一箝位機(jī)構(gòu)5，通過柔性鉸鏈固定于連接環(huán)4另一端的第二箝位機(jī)構(gòu)6，安裝于第一箝位機(jī)構(gòu)5內(nèi)部的第一壓電陶瓷驅(qū)動器7，安裝于第二箝位機(jī)構(gòu)6內(nèi)部的第二壓電陶瓷驅(qū)動器8。
[0015]如圖3所示，第三壓電陶瓷驅(qū)動器10安裝于驅(qū)動機(jī)構(gòu)11內(nèi)部，驅(qū)動機(jī)構(gòu)11為非對稱結(jié)構(gòu)。第三壓電陶瓷驅(qū)動器10通電，由于逆壓電效應(yīng)，第三壓電陶瓷驅(qū)動器10伸長，導(dǎo)致驅(qū)動機(jī)構(gòu)11沿定子徑向方向縮短。由于驅(qū)動機(jī)構(gòu)11固定于偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9上，且驅(qū)動機(jī)構(gòu)11為非對稱結(jié)構(gòu)，因此驅(qū)動機(jī)構(gòu)11將帶動偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9發(fā)生彎曲。
[0016]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)的過程為:初始狀態(tài):第一壓電陶瓷驅(qū)動器7、第二壓電陶瓷驅(qū)動器8和第三壓電陶瓷驅(qū)動器10均不帶電，第一箝位機(jī)構(gòu)5和第二箝位機(jī)構(gòu)6與定子I相接觸，靠摩擦力進(jìn)行箝位，系統(tǒng)處于鎖止?fàn)顟B(tài)。旋轉(zhuǎn)步進(jìn)時分為三步。第一步:第二壓電陶瓷驅(qū)動器8通電，由于逆壓電效應(yīng)，第二壓電陶瓷驅(qū)動器8伸長，第二箝位機(jī)構(gòu)6沿定子徑向方向長度減小，不再箝位，同時第一箝位機(jī)構(gòu)5繼續(xù)保持箝位狀態(tài)；第二步，第三壓電陶瓷驅(qū)動器10通電，由于逆壓電效應(yīng)，第三壓電陶瓷驅(qū)動器10伸長，導(dǎo)致驅(qū)動機(jī)構(gòu)11沿定子徑向方向縮短。由于驅(qū)動機(jī)構(gòu)11固定于偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9上，且驅(qū)動機(jī)構(gòu)11為非對稱結(jié)構(gòu)，因此驅(qū)動機(jī)構(gòu)將帶動偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9發(fā)生彎曲。第三步，第一壓電陶瓷驅(qū)動器7通電，由于逆壓電效應(yīng)，第一壓電陶瓷驅(qū)動器7伸長，第一箝位機(jī)構(gòu)5沿定子徑向方向長度減小，不再箝位。此時偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9受彈性回復(fù)力影響解除彎曲狀態(tài)，第一箝位機(jī)構(gòu)5隨偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9的回復(fù)而步進(jìn)一定角度。重復(fù)上述三步，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)。[0017]本發(fā)明整個裝置按照嚴(yán)格的時序邏輯進(jìn)行，改變時序可以改變旋轉(zhuǎn)方向，并且可以實(shí)現(xiàn)大行程運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出等功能。
【權(quán)利要求】
1.基于三個壓電堆的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動裝置，其特征在于:包括定子(1)，外圈固定于定子(I)內(nèi)孔中的精密軸承(2),輸出軸(3)—端固定于精密軸承(2)內(nèi)圈，另一端固定于連接環(huán)(4),連接環(huán)(4)兩側(cè)分別通過柔性鉸鏈連接有第一箝位機(jī)構(gòu)(5)和第二箝位機(jī)構(gòu)(6)，在第一箝位機(jī)構(gòu)(5)內(nèi)部安裝有第一壓電陶瓷驅(qū)動器(7)，在第二箝位機(jī)構(gòu)(6)內(nèi)部安裝有第二壓電陶瓷驅(qū)動器(8)，所述連接環(huán)(4)、第一箝位機(jī)構(gòu)(5)和第二箝位機(jī)構(gòu)(6)共同組成偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(9 )，在偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(9 )上固定有驅(qū)動機(jī)構(gòu)(11)，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)(11)內(nèi)部安裝有第三壓電陶瓷驅(qū)動器(10)，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)(11)為非對稱結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1所述驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)的方法:其特征在于:初始狀態(tài):第一壓電陶瓷驅(qū)動器(7)、第二壓電陶瓷驅(qū)動器(8)和第三壓電陶瓷驅(qū)動器(10)均不帶電，第一箝位機(jī)構(gòu)(5)和第二箝位機(jī)構(gòu)(6)與定子(1)相接觸，靠摩擦力進(jìn)行箝位，系統(tǒng)處于鎖止?fàn)顟B(tài)；旋轉(zhuǎn)步進(jìn)時分為三步:第一步，第二壓電陶瓷驅(qū)動器(8)通電，由于逆壓電效應(yīng)，第二壓電陶瓷驅(qū)動器(8)伸長，第二箝位機(jī)構(gòu)(6)沿定子徑向方向長度減小，不再箝位，同時第一箝位機(jī)構(gòu)(5)繼續(xù)保持箝位狀態(tài)；第二步，第三壓電陶瓷驅(qū)動器(10)通電，由于逆壓電效應(yīng)，第三壓電陶瓷驅(qū)動器(10)伸長，導(dǎo)致驅(qū)動機(jī)構(gòu)(11)沿定子徑向方向縮短。由于驅(qū)動機(jī)構(gòu)(II)固定于偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(9)上，且驅(qū)動機(jī)構(gòu)(11)為非對稱結(jié)構(gòu)，因此驅(qū)動機(jī)構(gòu)將帶動偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(9)發(fā)生彎曲；第三步，第一壓電陶瓷驅(qū)動器(7)通電，由于逆壓電效應(yīng)，第一壓電陶瓷驅(qū)動器(7)伸長，第一箝位機(jī)構(gòu)(5)沿定子徑向方向長度減小，不再箝位。此時偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(9)受彈性回復(fù)力影響解除彎曲狀態(tài)，第一箝位機(jī)構(gòu)(5)隨偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(9)的回復(fù)而步進(jìn)一定角度；重復(fù)上述三步，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)。
【文檔編號】H02N2/10GK103904937SQ201410060793
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】徐明龍, 敬子建, 梁云, 江文劍 申請人:西安交通大學(xué), 西安空間無線電技術(shù)研究所