CN112886861B - 一种双层环压电旋转驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双层环压电旋转驱动器。包括底座、转动环、压电元件、柔性铰链、转子。压电元件通过压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能，利用惯性原理驱动内环旋转。柔性铰链连接内外环，利用柔性铰链的时滞效应，在内环发生转动后外环会产生同方向的延时转动，使整体机构产生两次同方向的转动。转子作为驱动装置的输出终端，通过螺纹安装在内环上方。机构整体安装于底座上方。具有转动平稳、响应迅速、转速较快等特点。在光学仪器、航空航天、显微操作领域有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械领域，特别涉及一种双层环压电旋转驱动器。可用于光学仪器、航空航天、显微操作等领域。
背景技术
压电驱动技术是一种基于压电材料的逆压电效应来控制其机械形变进而输出力和位移的精密驱动技术，具有结构简单、高精确度、高分辨率、抗电磁干扰等特点，惯性执行机构因其转角精度高、易于微型化的特点，在显微手术显微镜、半导体制造、精密光学对准等领域得到了广泛的应用。但是惯性旋转驱动器在其运动过程中存在很大的能量损失，效率较低。
综上所述，需要针对惯性旋转驱动器进行一定的分析与改进，进行效能再次利用。
发明内容
本发明在于提供一种双层环压电旋转驱动器，解决上述存在的一些问题。本发明利用内层环的惯性运动原理使内层环在横梁模态改变过程中产生运动；并且通过与之相连的柔性铰链，将运动传递于外层环上，利用柔性铰链的时滞效应和外层环的惯性原理，带动已经产生旋转运动的内层环再次发生旋转，进一步带动其上转子做旋转运动。本发明提出的双层环压电旋转驱动器基于惯性驱动原理和柔性铰链的时滞原理，同次激励信号产生两次不同步的旋转运动，提高了驱动机构的效率，具有体积小、成本低、控制简单、转角精度高、效能优化等特点。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种双层环压电旋转驱动器，通过双层环结构实现二次惯性旋转运动，提高转动效率；包括：底座1、内层环2、外层环3、压电元件4、柔性铰链5、转子6；内层环2带有三个安装位置用来安装压电元件4、柔性铰链5、转子6，此外内层环2底部安装在底座1的基轴上，保证驱动机构可以实现转动；工作过程中受到电信号的作用，压电元件4驱动内层环2和外层环3产生惯性运动，从而带动转子6转动。
所述的压电元件4固定于内层环2的横梁两侧，工作过程中受到电信号的激励产生模态变化，使内层环2的横梁产生缓慢的弯曲变形，从而带动内层环2外沿产生缓慢的旋转运动；电信号激励方式突然变化时，内层环2外沿由于自身的惯性仍保持原来的方向旋转，从而使内层环整体绕基轴转动。
所述的柔性铰链5固定于内层环2外沿，另一端连接外层环3。利用柔性铰链的时滞效应，在内层环2转动后，柔性铰链5使外层环3产生不同步的延迟转动，外层环3在到达与内层环2的同步位置后，由于自身的惯性作用，继续沿原有方向转动，从而使驱动装置产生两次转动。
所述的转子6安装用螺纹安装在内层环2上方，通过对压电元件4输入缓慢升高、快速下降的电信号激励后，内层环2由于自身的惯性产生转动，同时利用柔性铰链的时滞效应，使外层环3产生与内层环2不同步的延迟转动。外层环3由于自身的惯性作用，再次驱动整体机构旋转，产生二次旋转效果，通过调节输入电信号的激励，使转子6绕着底座1的基轴产生同向连续转动。
本发明的有益效果在于：提供了一种双层环式旋转机构，使电能转化为机械能的效率得到提高，同时兼具结构简单、转角精度高等特点，在显微操作、光学仪器、医疗设备等有很好的应用前景。
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为本发明的总体结构示意图
图2为本发明的双层环结构示意图
图3为本发明的压电陶瓷贴片示意图
图4为本发明的运动原理图
图5为本发明的驱动信号图
图中：1、底座；2、内层环；3、外层环；4、压电元件；5、柔性铰链；6、转子；41、左压电晶片；42、右压电晶片。
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具体实施方式。
参见图1、图2、图4所示，本发明的双层环压电旋转驱动器，通过双层环结构实现二次惯性旋转运动，提高转动效率；包括：底座、内层环、外层环、压电元件、柔性铰链、转子。
所述内层环2带有三个安装位置用来安装压电元件4、柔性铰链5、转子6，此外内层环2底部安装在底座1的基轴上，保证驱动机构可以实现转动；工作过程中受到电信号的作用，压电元件4驱动内层环2和外层环3产生惯性运动，从而带动转子6转动。
所述的压电元件4固定于内层环2的横梁两侧，工作过程中受到电信号的激励产生模态变化，使内层环2的横梁产生缓慢的弯曲变形，从而带动内层环2外沿产生缓慢的旋转运动；电信号激励方式突然变化时，内层环2外沿由于自身的惯性仍保持原来的方向旋转，从而使内层环整体绕基轴转动。
所述的柔性铰链5固定于内层环2外沿，另一端连接外层环3。利用柔性铰链的时滞效应，在内层环2转动后，柔性铰链5使外层环3产生不同步的延迟转动，外层环3在到达与内层环2的同步位置后，由于自身的惯性作用，继续沿原有方向转动，从而使驱动装置产生两次转动。
所述的转子6安装用螺纹安装在内层环2上方，通过对压电元件4输入缓慢升高、快速下降的电信号激励后，内层环2由于自身的惯性产生转动，同时利用柔性铰链的时滞效应，使外层环3产生与内层环2不同步的延迟转动；外层环3由于自身的惯性作用，再次驱动整体机构旋转，产生二次旋转效果，通过调节输入电信号的激励，使转子6绕着底座1的基轴产生同向连续转动。
参见图2、图3所示，内层环2可与底座1的基轴配合，压电元件4固定于内层环2的横轴上，分别对左压电晶片41和右压电晶片42输入相反的电信号激励，可使横梁对内层环产生同方向的旋转作用.
参见图2、图3所示，柔性铰链5将双层环分为三部分，三等分均布设计对外层环3起到稳定和固定作用，减少旋转过程中的震颤作用。
参见图2、图3所示，内层环2带有四个螺纹孔，可将转子6固定其上方，使转子6与内层环2做同步转动。
参见图5所示，周期性缓慢上升阶段和快速下降阶段的电信号为锯齿波电压信号。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种双层环压电旋转驱动器，其特征在于：通过双层环结构实现二次惯性旋转运动，提高转动效率；包括底座(1)、内层环(2)、外层环(3)、压电元件(4)、柔性铰链(5)、转子(6)；内层环(2)带有三个安装位置用来安装压电元件(4)、柔性铰链(5)、转子(6)，此外内层环(2)底部安装在底座(1)的基轴上，保证驱动机构可以实现转动；工作过程中受到电信号的作用，压电元件(4)驱动内层环(2)和外层环(3)产生惯性运动，从而带动转子(6)转动；
所述的压电元件(4)固定于内层环(2)的横梁两侧，工作过程中受到电信号的激励产生模态变化，使内层环(2)的横梁产生缓慢的弯曲变形，从而带动内层环(2)外沿产生缓慢的旋转运动；电信号激励方式突然变化时，内层环(2)外沿由于自身的惯性仍保持原来的方向旋转，从而使内层环整体绕基轴转动；
所述的柔性铰链(5)固定于内层环(2)外沿，另一端连接外层环(3)，将双层环三等分，利用柔性铰链的时滞效应，在内层环(2)转动后，柔性铰链(5)使外层环(3)产生不同步的延迟转动，外层环(3)在到达与内层环(2)的同步位置后，由于自身的惯性作用，继续沿原有方向转动，从而使驱动装置产生两次转动；
所述的内层环(2)带有螺纹孔，转子(6)用螺纹安装在内层环(2)上方，转子(6)与内层环(2)做同步转动；通过对压电元件(4)输入缓慢升高、快速下降的电信号激励后，内层环(2)由于自身的惯性产生转动，同时利用柔性铰链的时滞效应，使外层环(3)产生与内层环(2)不同步的延迟转动；外层环(3)由于自身的惯性作用，再次驱动整体机构旋转，产生二次旋转效果，通过调节输入电信号的激励，使转子(6)绕着底座(1)的基轴产生同向连续转动。
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