CN102386802A - 压电型步进式双向直线驱动器 - Google Patents

Abstract

压电型步进式双向直线驱动器属于驱动机械；在壳体总成外部上固装螺杆定心壳体，转子和定子配置在壳体总成内部，螺栓将定子与壳体总成固装成一体，定子和转子通过转子柔性铰链连接，在定子的驱动槽内配装驱动压电器件，在转子中心孔内配装两个钳位块，钳位柔性铰链将两个钳位块分别与转子连接，在转子的钳位槽内配装钳位压电器件，在两个钳位块相对部位之间配置钳位螺母，螺杆配装在钳位螺母螺纹孔内，螺杆可轴向移动、周向和径向定位的插入在螺杆定心壳体内，控制器分别控制驱动压电器件和钳位压电器件；本器结构设计合理，输出精确，作业可靠，控制方便，适用范围广，适应能力强。

Description

压电型步进式双向直线驱动器

技术领域

本发明创造属于驱动器，主要涉及一种输出位移可控的压电型步进式双向直线驱动器。

背景技术

日常生产、生活中，机床主轴的回转、自动门窗的运动等，都需要一种能使这些目标物体产生确定机械动作的装置，这类装置就是驱动器。工作行程、运动速度、分辨率和承载能力是衡量驱动器性能的重要技术指标。传统的驱动器通常具有较大的工作行程、较高的运动速度和承载能力，但体积较为庞大、运动分辨率也不很高。随着科学技术的发展和人类研究领域的拓宽，宏观的航天器对接、微观的集成电路制造检测等应用领域，传统的驱动器已无法满足这些要求，各类新式驱动器应运而生。其中以压电元件为动力转换元件的压电型驱动器成为一个重要的分支。压电驱动器是利用压电材料的逆压电效应制作的微位移器，具有稳定性好、响应迅速、定位精确、驱动力大等优点，因此非常适合被应用到精密定位技术领域中。但是压电驱动器的不足之处是行程太小，这些限制了压电驱动器的应用。因此，利用压电驱动器及先进的机构组合构成新型驱动器是当前精密驱动的研究重点之一。

发明内容

本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，设计提供一种新结构的压电型步进式双向直线驱动器，达到适应微步距驱动、满足微步距累加长行程驱动、实现双向驱动的目的。

本发明创造的目的是这样实现的：在壳体总成中心部位的下侧外部上固装螺杆定心壳体，在壳体总成的内部从里至外依次配置转子和定子，通过螺栓将定子与壳体总成固连成一体，定子与转子之间通过转子柔性铰链相互连接，在定子上相对设置的两个驱动槽内分别配装驱动压电器件，所述的驱动压电器件两端分别与定子和转子接触配合；在转子中心孔内相对配置两个钳位块，钳位柔性铰链将两个钳位块分别与转子连接，在转子上相对设置的两个钳位槽内分别配装钳位压电器件，所述的钳位压电器件两端分别与转子和钳位块接触配合；在两个钳位块中心相对部位之间配置钳位螺母，螺杆通过螺纹配合安装在钳位螺母螺纹孔内，所述的螺杆下侧部可轴向移动、周向和径向定位的插入在螺杆定心壳体内；控制器分别控制驱动压电器件和钳位压电器件；所述的螺杆和钳位螺母的螺纹螺旋升角角度值在相互自锁的角度值范围内。转子柔性铰链和钳位柔性铰链均采用直梁型柔性铰链、或倒角型柔性铰链、或圆弧型柔性铰链、或椭圆型柔性铰链，至此构成压电型步进式双向直线驱动器。

本发明创造可以通过改变输入频率调整旋转运动的步进速度，通过改变输入电压调整步进位移，实现长行程驱动，通过改变控制时序实现双向输出直线位移，具有结构设计新颖合理、输出精确、作业可靠、控制方便、适用范围广、适应能力强的特点，可广泛应用于航空航天、工业技术、医学等诸多领域精密驱动定位。

附图说明

图1是压电型步进式双向直线驱动器总体结构示意图；

图2是图1中A-A向剖视图；

图3是压电型步进式双向直线驱动器正向驱动信号波形图；

图4是压电型步进式双向直线驱动器反向驱动信号波形图。

图中件号说明：

1、控制器、2、转子柔性铰链、3、螺杆、4、螺栓、5、钳位柔性铰链、6、驱动压电器件、7、钳位块、8、钳位压电器件、9、壳体总成、10、定子、11、转子、12、钳位螺母、13、螺杆定心壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造实施方案进行详细描述。一种压电型步进式双向直线驱动器，在壳体总成9中心部位的下侧外部上固装螺杆定心壳体13，在壳体总成9的内部从里至外依次配置转子11和定子10，通过螺栓4将定子10与壳体总成9固连成一体，定子10与转子11之间通过转子柔性铰链2相互连接，在定子10上相对设置的两个驱动槽内分别配装驱动压电器件6，所述的驱动压电器件6两端分别与定子10和转子11接触配合；在转子11中心孔内相对配置两个钳位块7，钳位柔性铰链5将两个钳位块7分别与转子11连接，在转子11上相对设置的两个钳位槽内分别配装钳位压电器件8，所述的钳位压电器件8两端分别与转子11和钳位块7接触配合；在两个钳位块7中心相对部位之间配置钳位螺母12，螺杆3通过螺纹配合安装在钳位螺母12螺纹孔内，所述的螺杆3下侧部可轴向移动、周向和径向定位的插入在螺杆定心壳体13内；控制器1分别控制驱动压电器件6和钳位压电器件8；所述的螺杆3和钳位螺母12的螺纹螺旋升角角度值在相互自锁的角度值范围内。转子柔性铰链2和钳位柔性铰链5均采用直梁型柔性铰链、或倒角型柔性铰链、或圆弧型柔性铰链、或椭圆型柔性铰链。

结合图3和图4，本发明创造通过两路驱动信号时序来实现驱动器的双向驱动。控制器1提供两通道独立的控制电压信号分别供给驱动压电器件6和钳位压电器件8，其中第一路为钳位压电器件8驱动信号，第二路为驱动压电器件6驱动信号。采用四阶段控制过程构成的时序关系对驱动器进行控制，该控制时序能保证步进驱动的实现。把一个步进周期T进行4等分，每段时间t＝T/4，钳位电压信号的断电时间为2t，通电时间为2t，驱动电压信号的通电和断电时间是相等的。

结合图1、图2和图3描述本发明创造实现驱动器的正向驱动的工作过程。从图3左侧开始：第一个t，钳位压电器件8处于通电状态产生伸长运动，驱动钳位柔性铰链5发生弯曲变形，推动钳位块7沿水平方向移动抱紧钳位螺母12，驱动压电器件6处于断电状态，驱动器无步进运动；第二个t，钳位压电器件8保持通电状态，驱动压电器件6处于通电状态产生伸长运动，推动转子柔性铰链2发生弯曲变形，带动转子11产生微小角度旋转运动，同时带动被钳位块7抱紧的钳位螺母12旋转，螺杆3沿壳体总成9和螺杆定心壳体13发生直线移动；第三个t，驱动压电器件6保持供电的状态，钳位压电器件8断电回缩，钳位柔性铰链5由于弹性回复作用回弹到初始位置，带动钳位块7松开钳位螺母12；第四个t，钳位压电器件8保持断电的状态下，驱动压电器件6断电回缩，转子柔性铰链2由于弹性回复作用回弹到初始位置，带动转子11回转到初始位置，此时在控制器1和机械结构的协调作用下，螺杆3完成一个周期内的直线位移，实现驱动器的正向驱动。

结合图1、图2和图4描述本发明创造实现驱动器的反向驱动的工作过程。从图4左侧开始：第一个t，钳位压电器件8处于断电状态，驱动压电器件6处于通电状态产生伸长运动，推动转子柔性铰链2发生弯曲变形，带动转子11产生微小角度旋转运动；第二个t，驱动压电器件6保持通电状态，钳位压电器件8处于通电状态产生伸长运动，驱动钳位柔性铰链5发生弯曲变形，推动钳位块7沿水平方向移动抱紧钳位螺母12；第三个t，钳位压电器件8保持通电状态，驱动压电器件6断电回缩，转子柔性铰链2由于弹性回复作用回弹到初始位置，带动转子11回转到初始位置，同时带动被钳位块7抱紧的钳位螺母12旋转，螺杆3沿壳体总成9和螺杆定心壳体13发生直线移动；第四个t，驱动压电器件6保持断电的状态，钳位压电器件8断电回缩，钳位柔性铰链5由于弹性回复作用回弹到初始位置，此时在控制器1和机械结构的协调作用下，螺杆3完成一个周期内的直线位移，实现驱动器的反向驱动。

当驱动器的驱动压电器件6和钳位压电器件8都处于断电状态时，螺杆3和钳位螺母12间通过自锁保证螺杆3静止，实现直线位移的步进累加，完成长行程位移驱动。

Claims (2)

1.一种压电型步进式双向直线驱动器，其特征在于在壳体总成(9)中心部位的下侧外部上固装螺杆定心壳体(13)，在壳体总成(9)的内部从里至外依次配置转子(11)和定子(10)，通过螺栓(4)将定子(10)与壳体总成(9)固连成一体，定子(10)与转子(11)之间通过转子柔性铰链(2)相互连接，在定子(10)上相对设置的两个驱动槽内分别配装驱动压电器件(6)，所述的驱动压电器件(6)两端分别与定子(10)和转子(11)接触配合；在转子(11)中心孔内相对配置两个钳位块(7)，钳位柔性铰链(5)将两个钳位块(7)分别与转子(11)连接，在转子(11)上相对设置的两个钳位槽内分别配装钳位压电器件(8)，所述的钳位压电器件(8)两端分别与转子(11)和钳位块(7)接触配合；在两个钳位块(7)中心相对部位之间配置钳位螺母(12)，螺杆(3)通过螺纹配合安装在钳位螺母(12)螺纹孔内，所述的螺杆(3)下侧部可轴向移动、周向和径向定位的插入在螺杆定心壳体(13)内；控制器(1)分别控制驱动压电器件(6)和钳位压电器件(8)；所述的螺杆(3)和钳位螺母(12)的螺纹螺旋升角角度值在相互自锁的角度值范围内。

2.根据权利要求1所述的压电型步进式双向直线驱动器，其特征在于转子柔性铰链(2)和钳位柔性铰链(5)均采用直梁型柔性铰链、或倒角型柔性铰链、或圆弧型柔性铰链、或椭圆型柔性铰链。

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