CN203645576U - 一种非对称磁压电惯性旋转驱动器 - Google Patents

一种非对称磁压电惯性旋转驱动器 Download PDF

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程光明
温建明
李新辉
李晓旭
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曾平
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Abstract

本实用新型涉及一种非对称磁压电惯性旋转驱动器，是一种混合作用驱动机构。驱动器由底座、工字梁、支承梁、轴承、轴、标尺、指针、旋转主体、以及摩擦力调节装置构成。工字梁和摩擦力调节装置通过螺栓固定在底座两端上，支承梁通过螺栓固定于工字梁上，轴与固定在底座和支撑梁上的轴承连接，上端安装有标尺和指针，旋转主体与轴过盈配合。当给旋转主体上的压电双晶片施加对称性信号时，非对称夹持的压电双晶片产生非对称惯性力矩，该力矩经过磁支架上永磁体产生的对称磁场力进一步加强，与摩擦力矩配合实现旋转主体的定向转动。本实用新型的优点在于：驱动电路简单，无电磁干扰，运动平稳，输出转速高，控制方便。

Description

一种非对称磁压电惯性旋转驱动器
技术领域
本实用新型属于压电精密驱动技术领域，涉及一种非对称磁压电惯性旋转驱动器。
背景技术
国内外现有的压电惯性驱动器主要利用压电元件的逆压电效应，常采用非对称锯齿波作为激励信号，形成双向对称的惯性冲击力，在适当机械结构有机结合下与固定的摩擦力配合，从而实现机构整体的定向运动。具有结构紧凑体积小，分辨率高，频率响应特性好，无电磁干扰和电磁污染等特点，适用于微米级以上高分辨率要求、大行程的工作场合，在航空航天、光学工程、仿生医疗、超精密加工、微操作等领域具有广泛的应用。
目前压电惯性驱动器驱动信号常采用非对称锯齿波，发生电路和驱动电源结构较为复杂，不利于微小型集成化；驱动元件多为压电叠堆，成本高，变形小，连接难度较大；驱动器大多基于压电材料本身性能的改善或通过不同机械结构的配合进行设计，混合作用的新型压电驱动器国内外尚为少见。
鉴于目前压电惯性驱动器所存在的问题，本实用新型提出利用对称激励信号驱动压电双晶片，通过非对称夹持机构形成非对称惯性力矩，该力矩经过永磁体磁场力进一步作用，与摩擦力矩配合实现旋转主体的定向转动，具有驱动电路简单，精度高，输出转速高，行程大，控制方便等优点。
发明内容
本实用新型的目的是针对目前压电惯性驱动器普遍采用非对称锯齿波作为驱动信号，导致驱动系统复杂等问题，提出一种具有非对称夹持机构的磁压电混合作用旋转驱动器，利用磁场力和压电效应的混合作用所研制的驱动器为新型压电驱动器的研发提供了一种新思路。
本实用新型所采用的技术方案是：在压电双晶片(602)的一端用螺栓连接两个相同的铁质量块(611)构成驱动臂，另一端用两片相同的夹持片(603)通过螺栓(604)固定在直角支撑板(606)上，永磁体(610)通过螺栓(608)固定在磁支架(601)的自由端上构成磁臂，且在驱动臂两侧对称布置，该驱动臂和磁臂由旋转块(605)通过螺栓(607)固定连接形成旋转主体，在该旋转主体对称位置上安装另一驱动臂和两个磁臂，旋转主体与轴(13)过盈配合，轴(13)与上下两个轴承(12)的内圈过盈配合，上轴承(12)单向固定布置在支撑梁(4)几何中心，下轴承(12)单向固定布置在底座(1)的几何中心，在底座两端通过螺栓(2)固定两个相同的工字梁(3)，支撑梁(4)通过螺栓(5)固定于工字梁上(3)。
所述轴(13)上端安装有标尺(10)，标尺(10)下侧的指针(8)通过螺栓(9)连接在卡环(11)上，卡环(11)内圈与轴(13)连接。标尺(10)作为驱动器定向运动的检测参照物，指针(8)用于测量驱动器运动行程。
所述底座(1)通过螺栓(701)固定摩擦力调节装置的底板(702)，支撑座一(705)用螺栓(708)固定在该底板(702)上，旋转推进器(703)通过螺栓(704)夹持固定于支承座一(705)内圈，且旋转推进器(703)端部与轴承(706)内圈过盈配合，轴承(706)外圈与套筒(707)过盈配合，套筒(707)与压簧(709)连接，摩擦块(710)一端环形面与轴(13)摩擦接触，另一端与压簧(709)相连，两侧与两个相同的拉簧(711)对称相连，两个相同的支承座二(712)通过螺栓(708)与底板(702)固定，对称布置与拉簧(711)连接。
本实用新型驱动器激励信号为周期性对称波。
本实用新型旋转主体中铁质量块(611)和永磁体(610)结构尺寸相同，永磁体(610)磁场力作用于驱动臂末端，同时设计了配合形成可调式夹持差结构的直角支撑板和夹持片，使驱动器可以采用对称激励信号进行驱动。
本实用新型与现有技术相比，特色和优势在于：对称激励信号易于生成与控制，驱动电路简单；双轴承固定支撑结构使运动平稳，摩擦力调节装置易于调节转速，控制方便，标尺和指针易于检测和测量运动行程；提出的非对称磁压电惯性旋转驱动器属于混合型驱动器，改善了运动性能，输出转速提升，低频工作区转速和频率有较佳的线性关系；压电双晶片具有成本优势，且与机械结构连接方便。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型旋转主体结构示意图；
图3是本实用新型摩擦力调节装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明实施方法：
如图1、图2所示，在压电双晶片(602)的一端用螺栓连接两个相同的铁质量块(611)构成驱动臂，另一端用两片相同的夹持片(603)通过螺栓(604)固定在直角支撑板(606)上，永磁体(610)通过螺栓(608)固定在磁支架(601)的自由端上构成磁臂，且在驱动臂两侧对称布置，该驱动臂和磁臂由旋转块(605)通过螺栓(607)固定连接形成旋转主体，在该旋转主体对称位置上安装另一驱动臂和两个磁臂，旋转主体与轴(13)过盈配合，轴(13)与上下两个轴承(12)的内圈过盈配合，上轴承(12)单向固定布置在支撑梁(4)几何中心，下轴承(12)单向固定布置在底座(1)的几何中心，在底座两端通过螺栓(2)固定两个相同的工字梁(3)，支撑梁(4)通过螺栓(5)固定于工字梁上(3)。
装配时，所述轴(13)上端安装有标尺(10)，标尺(10)下侧的指针(8)通过螺栓(9)连接在卡环(11)上，卡环(11)内圈与轴(13)连接。标尺(10)作为驱动器定向运动的检测参照物，指针(8)用于测量驱动器运动行程。
如图3所示，所述底座(1)通过螺栓(701)固定摩擦力调节装置的底板(702)，支撑座一(705)用螺栓(708)固定在该底板(702)上，旋转推进器(703)通过螺栓(704)夹持固定于支承座一(705)内圈，且旋转推进器(703)端部与轴承(706)内圈过盈配合，轴承(706)外圈与套筒(707)过盈配合，套筒(707)与压簧(709)连接，摩擦块(710)一端环形面与轴(13)摩擦接触，另一端与压簧(709)相连，两侧与两个相同的拉簧(711)对称相连，两个相同的支承座二(712)通过螺栓(708)与底板(702)固定，对称布置与拉簧(711)连接。
本实用新型工作时，给非对称夹持机构夹持的压电双晶片施加对称方波激励信号，驱动臂在该激励下形成非对称惯性力矩，该力矩经过永磁体(610)对铁质量块(611)磁场力的进一步作用，与摩擦力调节装置产生的可调摩擦力矩配合，从而使驱动臂在轴中心线方向上产生惯性力矩差，实现旋转主体在两个方向上的角位移不同，最终转化为驱动器宏观上的定向转动，标尺(10)作为运动检测参照物，指针(8)用于测量运动行程。

Claims (7)

1.一种非对称磁压电惯性旋转驱动器，其特征在于，在压电双晶片(602)的一端用螺栓连接两个相同的铁质量块(611)构成驱动臂，另一端用两片相同的夹持片(603)通过螺栓(604)固定在直角支撑板(606)上，永磁体(610)通过螺栓(608)固定在磁支架(601)的自由端上构成磁臂，且在驱动臂两侧对称布置，该驱动臂和磁臂由旋转块(605)通过螺栓(607)固定连接形成旋转主体，在该旋转主体对称位置上安装另一驱动臂和两个磁臂，旋转主体与轴(13)过盈配合，轴(13)与上下两个轴承(12)的内圈过盈配合，上轴承(12)单向固定布置在支撑梁(4)几何中心，下轴承(12)单向固定布置在底座(1)的几何中心，在底座两端通过螺栓(2)固定两个相同的工字梁(3)，支撑梁(4)通过螺栓(5)固定于工字梁上(3)。
2.根据权利要求1所述的非对称磁压电惯性旋转驱动器，其特征在于，所述轴(13)上端安装有标尺(10)，标尺(10)下侧的指针(8)通过螺栓(9)连接在卡环(11)上，卡环(11)内圈与轴(13)连接，标尺(10)作为驱动器定向运动的检测参照物，指针(8)用于测量驱动器运动行程。
3.根据权利要求1所述的非对称磁压电惯性旋转驱动器，其特征在于，所述底座(1)通过螺栓(701)固定摩擦力调节装置的底板(702)，支撑座一(705)用螺栓(708)固定在该底板(702)上，旋转推进器(703)通过螺栓(704)夹持固定于支承座一(705)内圈，且旋转推进器(703)端部与轴承(706)内圈过盈配合，轴承(706)外圈与套筒(707)过盈配合，套筒(707)与压簧(709)连接，摩擦块(710)一端环形面与轴(13)摩擦接触，另一端与压簧(709)相连，两侧与两个相同的拉簧(711)对称相连，两个相同的支承座二(712)通过螺栓(708)与底板(702)固定，对称布置与拉簧(711)连接。
4.根据权利要求1所述的非对称磁压电惯性旋转驱动器，其特征在于，通过对称永磁体(610)产生的磁场力作用，压电双晶片振幅得到进一步加强。
5.根据权利要求1所述的非对称磁压电惯性旋转驱动器，其特征在于，驱动器采用双轴承(12)支承方式，运动平稳。
6.根据权利要求1所述的非对称磁压电惯性旋转驱动器，其特征在于，通过两片相同的夹持片(603)和直角支撑板(606)配合的设计，形成可调式夹持差结构。
7.根据权利要求1所述的非对称磁压电惯性旋转驱动器，其特征在于，所述驱动器激励信号为周期性对称波。
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