[go: up one dir, main page]

CN103916045A - 一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法 - Google Patents

一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103916045A
CN103916045A CN201410060541.3A CN201410060541A CN103916045A CN 103916045 A CN103916045 A CN 103916045A CN 201410060541 A CN201410060541 A CN 201410060541A CN 103916045 A CN103916045 A CN 103916045A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric ceramic
ring
ceramic driver
stator
rotor mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410060541.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103916045B (zh
Inventor
徐明龙
敬子建
梁云
江文剑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
China Academy of Space Technology CAST
Original Assignee
Xian Jiaotong University
China Academy of Space Technology CAST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University, China Academy of Space Technology CAST filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201410060541.3A priority Critical patent/CN103916045B/zh
Publication of CN103916045A publication Critical patent/CN103916045A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103916045B publication Critical patent/CN103916045B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法，该驱动装置包括包括定子，外圈固定于定子内孔中的精密轴承，输出轴一端固定于精密轴承内圈，另一端固定于转子机构，箝位环和第一驱动环、第二驱动环通过柔性铰链与转子机构连为一体，箝位环的轴向方向与定子的直径方向一致，第一驱动环和第二驱动环的轴向方向偏离定子的直径方向，第一压电陶瓷驱动器安装于箝位环内部，第二压电陶瓷驱动器安装于第一驱动环内部，第三压电陶瓷驱动器安装于第二驱动环内部；本发明还提供该驱动装置实现步进式旋转运动的方法；将压电陶瓷驱动器输出的直线位移转变为角位移，并通过多个压电陶瓷驱动器的协调步进实现大行程的角位移输出，同时具备结构紧凑，体积小，重量轻的特点。

Description

一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法
技术领域
本发明属于压电陶瓷驱动装置，具体涉及一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法。
背景技术
近年来随着微纳米技术的迅猛发展，压电驱动装置在光学、电子、航空、航天、机械制造、医学及遗传工程等技术领域取得广泛应用。尤其是在航天领域，迫切需要一种体积小，质量轻，驱动力大，分辨力高的驱动装置。压电陶瓷驱动器虽然具有体积小，位移输出分辨力高，易于控制，无杂散磁场等特点，但是由于其位移输出行程较小且只能输出直线位移因此应用范围被大大减小。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法，将压电陶瓷驱动器输出的直线位移转变为角位移，并通过U多压电陶瓷驱动器的协调步进实现大行程的角位移输出，并且同时具备结构紧凑，体积小，重量轻的特点。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法，包括包括定子1，外圈固定于定子1内孔中的精密轴承2，输出轴3一端固定于精密轴承2内圈，另一端固定于转子机构4，箝位环6、第一驱动环5和第二驱动环7通过柔性铰链与转子机构4连为一体，箝位环6的轴向方向与定子1的直径方向一致，第一驱动环5和第二驱动环7的轴向方向偏离定子1的直径方向，第一压电陶瓷驱动器8安装于箝位环6内部，第二压电陶瓷驱动器9安装于第一驱动环5内部，第三压电陶瓷驱动器10安装于第二驱动环7内部。
上述所述驱动装置实现步进式旋转运动的方法，初始状态：第一压电陶瓷驱动器8、第二压电陶瓷驱动器9和第三压电陶瓷驱动器10均不带电，转子机构4处于自由状态；第一步：给第二压电陶瓷驱动器9通电，由于逆压电效应，第二压电陶瓷驱动器9伸长，第一驱动环5的轴向长度增加，与定子1相接触，由于第一驱动环5的轴向方向偏离定子1的直径方向，因此将推动转子机构4旋转，同时第一驱动环5所属柔性铰链发生弯曲；第二步：给第一压电陶瓷驱动器8通电，由于逆压电效应，第一压电陶瓷驱动器8伸长，箝位环6轴向长度增加，与定子1相接触，由于箝位环6的轴向方向与定子1的直径方向一致，因此在箝位环6与定子1间的静摩擦力作用下转子机构4处于锁止状态，不再旋转；第三步：第二压电陶瓷驱动器9断电，第一驱动环5随第二压电陶瓷驱动器9恢复原长，柔性铰链恢复原形，转子机构4完成一次旋转步进；重复上述三步，实现旋转步进；上述过程中，第三压电陶瓷驱动器10始终处于断电状态；
当转子机构4需要向相反方向旋转，同样需要三步，原理相同；第一步：第三压电陶瓷驱动器10通电，由于逆压电效应，第三压电陶瓷驱动器10伸长，第二驱动环7轴向长度增加，与定子1相接触，由于第二驱动环7的轴向方向偏离定子1的直径方向，因此将推动转子机构4旋转，同时第二驱动环7所属柔性铰链发生弯曲；第二步：第一压电陶瓷驱动器8通电，由于逆压电效应，第一压电陶瓷驱动器8伸长，箝位环6轴向长度增加，与定子1相接触，由于箝位环6的轴向方向与定子1的直径方向一致，因此在箝位环6与定子1间的静摩擦力作用下转子机构4处于锁止状态，不再旋转；第三步：第三压电陶瓷驱动器10断电，第二驱动环7随第三压电陶瓷驱动器10恢复原长，柔性铰链恢复原形，转子完成一次旋转步进；重复上述三步，实现旋转步进；上述过程中，第二压电陶瓷驱动器9始终处于断电状态。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
由于箝位环6和第一驱动环5、第二驱动环7通过柔性铰链与转子机构4连为一体，因此在加工时可采用精密慢走丝线切割机构将上述机构一体加工成型，从而避免了后续加工误差，提高了该装置工作的可靠性及稳定性。同时通过借助压电陶瓷驱动器轴向方向与偏离定子的直径方向的偏离，将压电陶瓷驱动器输出的直线位移转化为装置的角位移，并采用步进的方式使装置可以连续不断的输出角位移，具有驱动方式新颖的特点。
附图说明
图1为本发明驱动装置的结构爆炸示意图。
图2为本发明转子机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法，包括包括定子1，外圈固定于定子1内孔中的精密轴承2，输出轴3一端固定于精密轴承2内圈，另一端固定于转子机构4，箝位环6、第一驱动环5和第二驱动环7通过柔性铰链与转子机构4连为一体，箝位环6的轴向方向与定子1的直径方向一致，第一驱动环5和第二驱动环7的轴向方向偏离定子1的直径方向，第一压电陶瓷驱动器8安装于箝位环6内部，第二压电陶瓷驱动器9安装于第一驱动环5内部，第三压电陶瓷驱动器10安装于第二驱动环7内部。
本发明还提供上述所述驱动装置实现步进式旋转运动的方法，具体如下：
初始状态：第一压电陶瓷驱动器8、第二压电陶瓷驱动器9和第三压电陶瓷驱动器10均不带电，转子机构4处于自由状态；第一步：给第二压电陶瓷驱动器9通电，由于逆压电效应，第二压电陶瓷驱动器9伸长，第一驱动环5的轴向长度增加，与定子1相接触，由于第一驱动环5的轴向方向偏离定子1的直径方向，因此将推动转子机构4旋转，同时第一驱动环5所属柔性铰链发生弯曲；第二步：给第一压电陶瓷驱动器8通电，由于逆压电效应，第一压电陶瓷驱动器8伸长，箝位环6轴向长度增加，与定子1相接触，由于箝位环6的轴向方向与定子1的直径方向一致，因此在箝位环6与定子1间的静摩擦力作用下转子机构4处于锁止状态，不再旋转；第三步：第二压电陶瓷驱动器9断电，第一驱动环5随第二压电陶瓷驱动器9恢复原长，柔性铰链恢复原形，转子机构4完成一次旋转步进；重复上述三步，实现旋转步进；上述过程中，第三压电陶瓷驱动器10始终处于断电状态；
当转子机构4需要向相反方向旋转，同样需要三步，原理相同；第一步：第三压电陶瓷驱动器10通电，由于逆压电效应，第三压电陶瓷驱动器10伸长，第二驱动环7轴向长度增加，与定子1相接触，由于第二驱动环7的轴向方向偏离定子1的直径方向，因此将推动转子机构4旋转，同时第二驱动环7所属柔性铰链发生弯曲；第二步：第一压电陶瓷驱动器8通电，由于逆压电效应，第一压电陶瓷驱动器8伸长，箝位环6轴向长度增加，与定子1相接触，由于箝位环6的轴向方向与定子1的直径方向一致，因此在箝位环6与定子1间的静摩擦力作用下转子机构4处于锁止状态，不再旋转；第三步：第三压电陶瓷驱动器10断电，第二驱动环7随第三压电陶瓷驱动器10恢复原长，柔性铰链恢复原形，转子完成一次旋转步进；重复上述三步，实现旋转步进；上述过程中，第二压电陶瓷驱动器9始终处于断电状态。

Claims (2)

1.一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置，其特征在于：包括定子（1），外圈固定于定子（1）内孔中的精密轴承（2），输出轴（3）一端固定于精密轴承（2）内圈，另一端固定于转子机构（4），箝位环（6）、第一驱动环（5）和第二驱动环（7）通过柔性铰链与转子机构（4）连为一体，箝位环（6）的轴向方向与定子（1）的直径方向一致，第一驱动环（5）和第二驱动环（7）的轴向方向偏离定子（1）的直径方向，第一压电陶瓷驱动器（8）安装于箝位环（6）内部，第二压电陶瓷驱动器（9）安装于第一驱动环（5）内部，第三压电陶瓷驱动器（10）安装于第二驱动环（7）内部。
2.权利要求1所述驱动装置实现步进式旋转的方法，其特征在于：初始状态：第一压电陶瓷驱动器（8）、第二压电陶t瓷驱动器（9）和第三压电陶瓷驱动器（10）均不带电，转子机构（4）处于自由状态；第一步：给第二压电陶瓷驱动器（9）通电，由于逆压电效应，第二压电陶瓷驱动器（9）伸长，第一驱动环（5）的轴向长度增加，与定子（1）相接触，由于第一驱动环（5）的轴向方向偏离定子（1）的直径方向，因此将推动转子机构（4）旋转，同时第一驱动环（5）所属柔性铰链发生弯曲；第二步：给第一压电陶瓷驱动器（8）通电，由于逆压电效应，第一压电陶瓷驱动器（8）伸长，箝位环（6）轴向长度增加，与定子（1）相接触，由于箝位环（6）的轴向方向与定子（1）的直径方向一致，因此在箝位环（6）与定子（1）间的静摩擦力作用下转子机构（4）处于锁止状态，不再旋转；第三步：第二压电陶瓷驱动器（9）断电，第一驱动环（5）随第二压电陶瓷驱动器（9）恢复原长，柔性铰链恢复原形，转子机构（4）完成一次旋转步进；重复上述三步，实现旋转步进；上述过程中，第三压电陶瓷驱动器（10）始终处于断电状态；
当转子机构（4）需要向相反方向旋转，同样需要三步，原理相同；第一步：第三压电陶瓷驱动器（10）通电，由于逆压电效应，第三压电陶瓷驱动器（10）伸长，第二驱动环（7）轴向长度增加，与定子（1）相接触，由于第二驱动环（7）的轴向方向偏离定子（1）的直径方向，因此将推动转子机构（4）旋转，同时第二驱动环（7）所属柔性铰链发生弯曲；第二步：第一压电陶瓷驱动器（8）通电，由于逆压电效应，第一压电陶瓷驱动器（8）伸长，箝位环（6）轴向长度增加，与定子（1）相接触，由于箝位环（6）的轴向方向与定子（1）的直径方向一致，因此在箝位环（6）与定子（1）间的静摩擦力作用下转子机构（4）处于锁止状态，不再旋转；第三步：第三压电陶瓷驱动器（10）断电，第二驱动环（7）随第三压电陶瓷驱动器（10）恢复原长，柔性铰链恢复原形，转子完成一次旋转步进；重复上述三步，实现旋转步进；上述过程中，第二压电陶瓷驱动器（9）始终处于断电状态。
CN201410060541.3A 2014-02-21 2014-02-21 一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法 Active CN103916045B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410060541.3A CN103916045B (zh) 2014-02-21 2014-02-21 一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410060541.3A CN103916045B (zh) 2014-02-21 2014-02-21 一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103916045A true CN103916045A (zh) 2014-07-09
CN103916045B CN103916045B (zh) 2015-02-25

Family

ID=51041498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410060541.3A Active CN103916045B (zh) 2014-02-21 2014-02-21 一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103916045B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362889A (zh) * 2014-11-14 2015-02-18 西安交通大学 自适应步进式角位移压电作动器及方法
CN104734562A (zh) * 2015-03-24 2015-06-24 西安交通大学 一种步进式压电陶瓷旋转驱动器及驱动方法
CN104753393A (zh) * 2015-02-05 2015-07-01 西安交通大学 含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器及方法
CN106059386A (zh) * 2016-07-06 2016-10-26 西安交通大学 钳位可控型盘状旋转式惯性压电作动器及作动方法
CN106078769A (zh) * 2016-08-24 2016-11-09 安徽工程大学 一种微小角位移旋转机器人
CN111245289A (zh) * 2020-01-08 2020-06-05 浙江师范大学 一种压电驱动的旋转运动装置及其控制方法
CN114235020A (zh) * 2021-12-25 2022-03-25 西安交通大学 一种基于剪切增稠效应的贯入式驱动器及其工作方法
CN115566930A (zh) * 2022-11-10 2023-01-03 吉林大学 一种能够输出连续角位移的大行程压电执行器
CN115955141A (zh) * 2023-03-14 2023-04-11 吉林大学 基于压电驱动的集成式两自由度步进执行器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040140736A1 (en) * 2001-04-06 2004-07-22 Hans Richter Piezo-electric drive and its use for driving heavy loads
US20050162042A1 (en) * 2004-01-28 2005-07-28 Krill Jerry A. Dielectric motors with electrically conducting rotating drive shafts and vehicles using same
JP2012175783A (ja) * 2011-02-21 2012-09-10 Nikon Corp 圧電アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ
CN102710167A (zh) * 2012-05-22 2012-10-03 南京航空航天大学 弯振子激励的旋转超声电机及其电激励方式
US20130221803A1 (en) * 2012-02-29 2013-08-29 Discovery Technology International, Inc. Non-magnetic high-speed piezoelectric rotary motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040140736A1 (en) * 2001-04-06 2004-07-22 Hans Richter Piezo-electric drive and its use for driving heavy loads
US20050162042A1 (en) * 2004-01-28 2005-07-28 Krill Jerry A. Dielectric motors with electrically conducting rotating drive shafts and vehicles using same
JP2012175783A (ja) * 2011-02-21 2012-09-10 Nikon Corp 圧電アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ
US20130221803A1 (en) * 2012-02-29 2013-08-29 Discovery Technology International, Inc. Non-magnetic high-speed piezoelectric rotary motor
CN102710167A (zh) * 2012-05-22 2012-10-03 南京航空航天大学 弯振子激励的旋转超声电机及其电激励方式

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362889A (zh) * 2014-11-14 2015-02-18 西安交通大学 自适应步进式角位移压电作动器及方法
CN104753393A (zh) * 2015-02-05 2015-07-01 西安交通大学 含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器及方法
CN104753393B (zh) * 2015-02-05 2017-02-01 西安交通大学 含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器及方法
CN104734562A (zh) * 2015-03-24 2015-06-24 西安交通大学 一种步进式压电陶瓷旋转驱动器及驱动方法
CN106059386A (zh) * 2016-07-06 2016-10-26 西安交通大学 钳位可控型盘状旋转式惯性压电作动器及作动方法
CN106078769A (zh) * 2016-08-24 2016-11-09 安徽工程大学 一种微小角位移旋转机器人
CN111245289A (zh) * 2020-01-08 2020-06-05 浙江师范大学 一种压电驱动的旋转运动装置及其控制方法
CN111245289B (zh) * 2020-01-08 2023-12-08 浙江师范大学 一种压电驱动的旋转运动装置及其控制方法
CN114235020A (zh) * 2021-12-25 2022-03-25 西安交通大学 一种基于剪切增稠效应的贯入式驱动器及其工作方法
CN115566930A (zh) * 2022-11-10 2023-01-03 吉林大学 一种能够输出连续角位移的大行程压电执行器
CN115566930B (zh) * 2022-11-10 2023-04-07 吉林大学 一种能够输出连续角位移的大行程压电执行器
CN115955141A (zh) * 2023-03-14 2023-04-11 吉林大学 基于压电驱动的集成式两自由度步进执行器

Also Published As

Publication number Publication date
CN103916045B (zh) 2015-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103916045B (zh) 一种基于压电陶瓷的步进式旋转驱动装置及方法
CN102723893A (zh) 微纳米级仿生旋转驱动装置
CN104362889B (zh) 自适应步进式角位移压电作动器及实现步进式旋转的方法
CN104578901B (zh) 一种行走式压电旋转马达
CN103904937B (zh) 基于三个压电堆的旋转式驱动装置及方法
CN102185519A (zh) 模态转换型压电螺纹传动直线超声电机
CN203233339U (zh) 仿生微纳米级压电旋转驱动装置
CN109802596B (zh) 偏转压电驱动式多自由度电机
CN105384139A (zh) 一种压电叠堆型微位移放大机构及其驱动方法
CN105490581A (zh) 含有h型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置及方法
CN107404254B (zh) 一种摩擦力自配合的高对称性旋转压电马达及其控制方法
CN207010573U (zh) 一种多自由度尺蠖式精密压电驱动器
CN105391337A (zh) 压电堆及马达混合驱动的大扭矩大行程旋转作动器及方法
CN104852627B (zh) 可实现单步大扭转角的尺蠖式压电扭矩作动器及作动方法
CN104734562A (zh) 一种步进式压电陶瓷旋转驱动器及驱动方法
CN110912448B (zh) 一种基于非对称三角形柔性铰链机构的压电驱动平台
CN107863900A (zh) 一种微型冲击式压电驱动的耦合装置
CN202696501U (zh) 微纳米级仿生旋转驱动装置
CN102751899B (zh) 微纳米级仿生多自由度驱动装置
JP2016226259A (ja) ばね機構及び直動変位機構
CN102386802B (zh) 压电型步进式双向直线驱动器
CN109995267B (zh) 直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法
CN108063564B (zh) 一种新型摩擦式直线压电驱动器
CN110855181A (zh) 一种基于非对称三角形铰链机构的旋转式压电驱动装置
CN201742323U (zh) 一种新型直线超声微马达

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant