CN106817046B - 一种基于压电纤维的旋转驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于压电纤维的旋转驱动器，属于微纳精密驱动领域。由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成；其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)安装在预紧力加载平台(2)上，定子(3)与转子(4)弹性接触；所述的定子(3)包括柔顺机构(3‑1)、压电纤维I(3‑2)、压电纤维II(3‑3)；通过给压电纤维I(3‑2)和压电纤维II(3‑3)施加锯齿波驱动电信号，压电纤维I(3‑2)和压电纤维II(3‑3)相互配合，使定子(3)产生摩擦驱动力，基于粘滑运动原理，驱动转子(4)转动。本发明优点是：结构简单、易于装配、精度高、行程大，可用于微纳加工、精密光学、航空航天等领域。

Description

一种基于压电纤维的旋转驱动器
技术领域
本发明涉及一种基于压电纤维的旋转驱动器,属于微纳精密驱动技术领域。
背景技术
伴随着精密超精密加工、电子学、生物技术、精密测量等领域的快速发展，对微纳米精密驱动技术的要求越来越高，各研究机构也在积极对大行程、高精度的压电驱动器进行研究。大行程与高精度相互矛盾，如何较好地解决这个矛盾,实现大行程、高精度的压电驱动器已成为一个亟待解决的问题。压电纤维是一种新型的压电材料，具有柔性大、质量小，适合贴附于表面，较高的机电耦合系数，抗破坏能力强等优点，可用于实现大行程、高精度的压电驱动器的设计。
发明内容
为实现大行程、高精度的结合，本发明公开一种基于压电纤维的旋转驱动器。
本发明通过以下技术方案实现：一种基于压电纤维的旋转驱动器由基座、预紧力加载平台、定子、转子组成,其中预紧力加载平台和转子安装在基座上，定子固定安装在预紧力加载平台上，定子与转子保持弹性接触；所述的定子包括柔顺机构、压电纤维I、压电纤维II。通过给压电纤维I和压电纤维II施加同一正向锯齿波驱动电信号，倒C形薄片柔顺机构和C形薄片柔顺机构伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头产生-y向位移，同时产生-x向位移，基于粘滑惯性原理，驱动转子逆时针转动；给压电纤维I施加正向锯齿波驱动电信号、压电纤维II施加负向锯齿波驱动电信号，倒C形薄片柔顺机构收缩，曲率变大，C形薄片柔顺机构伸展，曲率变小，基于粘滑惯性原理，半圆柱驱动头驱动转子顺时针转动。
柔顺机构包括倒C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁I、C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁II、半圆柱驱动头、刚性基座；所述的倒C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁I、C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁II逆时针围成环；所述的倒C形薄片柔顺机构,凹侧中部连接刚性基座，凸侧用于粘贴压电纤维I；所述的C形薄片柔顺机构凸侧用于粘贴压电纤维II；所述的半圆柱驱动头设置于柔顺机构连接梁II中部，与转子弹性接触，用于驱动转子转动。
本发明的工作原理：压电纤维具有通正电伸长、负电收缩的特性，基于该特性，通过驱动电信号激励压电纤维，压电纤维I和压电纤维II相互配合，使定子产生摩擦驱动力，基于粘滑运动原理，驱动转子转动。
本发明的有益效果是：结构简单、便于装配、精度高、行程大。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1所示为本发明的结构示意图；
图2所示为本发明的定子结构示意图；
图3所示为本发明柔顺机构结构示意图；
图4所示为本发明的逆时针运动驱动原理示意图；
图5所示为本发明的逆时针运动驱动电信号波形示意图；
图6所示为本发明的顺时针运动驱动原理示意图；
图7所示为本发明的顺时针运动驱动电信号波形示意图。
其中：1、基座；2、预紧力加载平台；3、定子；3-1、柔顺机构；3-1-1、倒C形薄片柔顺机构；3-1-2、柔顺机构连接梁I；3-1-3、C形薄片柔顺机构；3-1-4、柔顺机构连接梁II；3-1-5、半圆柱驱动头；3-1-6、刚性基座；3-2、压电纤维I；3-3、压电纤维II；4、转子。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图5所示，所述的一种基于压电纤维的旋转驱动器由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定安装在预紧力加载平台(2)上，定子(3)与转子(4)保持弹性线接触。所述的定子(3)包括柔顺机构(3-1)、压电纤维I(3-2)、压电纤维II(3-3)。
所述的柔顺机构(3-1)包括倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)、柔顺机构连接梁I(3-1-2)、C形薄片柔顺机构(3-1-3)、柔顺机构连接梁II(3-1-4)、半圆柱驱动头(3-1-5)、刚性基座(3-1-6)；所述的倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)、柔顺机构连接梁I(3-1-2)、C形薄片柔顺机构(3-1-3)、柔顺机构连接梁II(3-1-4)逆时针围成环；所述的倒C形薄片柔顺机构(3-1-1),凹侧中部连接刚性基座(3-1-6)，凸侧用于粘贴压电纤维I(3-2)；所述的C形薄片柔顺机构(3-1-3)凸侧用于粘贴压电纤维II(3-3)；所述的半圆柱驱动头(3-1-5)设置于柔顺机构连接梁II(3-1-4)中部，与转子(4)弹性接触，用于驱动转子(4)转动。
通过给压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)施加如图5所示的驱动电信号，在0-t1缓慢变形阶段，压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)缓慢缩短，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)和C形薄片柔顺机构(3-1-3)伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头(3-1-5)产生-y向位移，增大了半圆柱驱动头(3-1-5)与转子(4)压力，从而增大了摩擦力，同时产生-x向位移，驱动转子(4)逆时针转动；在t1-t2快速变形阶段，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)和C形薄片柔顺机构(3-1-3)快速回缩，曲率变大，转子(4)保持当前位置不变。
参见图6、图7所示，给压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)施加驱动电信号，在0-t1缓慢变形阶段，压电纤维I(3-2)缓慢伸长，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)收缩，曲率变大，压电纤维II(3-3)缓慢缩短，C形薄片柔顺机构(3-1-3)伸展，曲率变小，半圆柱驱动头(3-1-5)驱动转子(4)顺时针转动；在t1-t2快速变形阶段，压电纤维I(3-2)快速缩短，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)伸展，曲率变小，压电纤维II(3-3)快速伸长，C形薄片柔顺机构(3-1-3)回缩，曲率变大，转子(4)保持当前位置不变。

Claims (1)

1.一种基于压电纤维的旋转驱动器，其特征在于：由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定安装在预紧力加载平台(2)上，定子(3)与转子(4)保持弹性接触；所述的定子(3)包括柔顺机构(3-1)、压电纤维I(3-2)、压电纤维II(3-3)；所述的柔顺机构(3-1)包括倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)、柔顺机构连接梁I(3-1-2)、C形薄片柔顺机构(3-1-3)、柔顺机构连接梁II(3-1-4)、半圆柱驱动头(3-1-5)、刚性基座(3-1-6)；所述的倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)、柔顺机构连接梁I(3-1-2)、C形薄片柔顺机构(3-1-3)、柔顺机构连接梁II(3-1-4)逆时针围成环；所述的倒C形薄片柔顺机构(3-1-1),凹侧中部连接刚性基座(3-1-6)，凸侧用于粘贴压电纤维I(3-2)；所述的C形薄片柔顺机构(3-1-3)凸侧用于粘贴压电纤维II(3-3)；所述的半圆柱驱动头(3-1-5)设置于柔顺机构连接梁II(3-1-4)中部，与转子(4)弹性接触，用于驱动转子(4)转动；通过给压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)施加同一负向锯齿波驱动电信号，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)和C形薄片柔顺机构(3-1-3)伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头(3-1-5)产生-y向位移和-x向位移，基于粘滑惯性原理，驱动转子(4)逆时针转动；给压电纤维I(3-2)施加正向锯齿波驱动电信号、压电纤维II(3-3)施加负向锯齿波驱动电信号，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)收缩，曲率变大，C形薄片柔顺机构(3-1-3)伸展，曲率变小，基于粘滑惯性原理，半圆柱驱动头(3-1-5)驱动转子(4)顺时针转动。
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