CN219394718U - 驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压电驱动装置，在一实施例中，驱动装置可包括转子和驱动模块，其中驱动模块包括：夹持机构，其与所述转子的至少部分周向外表面相接触以环抱夹持所述转子；以及压电驱动元件，其与所述夹持机构连接，用于在受电压驱动时产生形变，所述形变使得所述夹持机构摆动，从而带动所述转子转动。本发明的驱动装置可对样品在大行程范围进行精密的摆动，并且可使用在超高真空等极端环境中。

Description

驱动装置

技术领域

本实用新型总体上涉及驱动机械领域，特别是涉及一种压电驱动的旋转驱动装置。

背景技术

在物理学研究领域中，常常需要研究样品在极低温、超高真空、强磁场等各种环境下的各种属性，这需要对样品进行精密进给以实现定位或对准。另外，对于一些利用大型集成设备进行的光学实验，也需要对光学元件进行精密进给来实现光路调节等功能。这些场合都对样品或光学元件的移动定位的精度提出了很高的要求。

目前，较为常用的驱动方案为使用步进电机、压电驱动器等方式，然而这些方式均存在一些缺陷，步进电机体积大、驱动力小，对于极端环境的兼容性也较差；现有的压电驱动器则存在可调节性差、摩擦损伤大、寿命短等问题。

实用新型内容

针对上述问题，提出了本实用新型。本实用新型的实施例提供一种驱动装置，其可以实现高精度的摆动等进给功能。

根据一示例性实施例，提供一种驱动装置，包括：转子；以及驱动模块，所述驱动模块包括：夹持机构，其与所述转子的至少部分周向外表面相接触以环抱夹持所述转子；以及压电驱动元件，其与所述夹持机构连接，用于在受电压驱动时产生形变，所述形变使得所述夹持机构摆动，从而带动所述转子转动。

在一些实施例中，所述夹持机构设置有柔性夹持臂，用于环抱夹持所述转子，且所述柔性夹持臂的角度可调节，用来调节夹持所述转子的力度。

在一些实施例中，所述柔性夹持臂上设置有螺栓孔，用于使用螺栓调节所述柔性夹持臂的角度，从而调节所述夹持机构夹持转子的力度。

在一些实施例中，所述驱动模块还包括弹性机构，所述弹性机构一端与所述夹持机构连接，用于在所述电压被撤去时使所述夹持机构复位。

在一些实施例中，所述弹性机构另一端的位置可调节从而调节所述弹性机构的预加载力。

在一些实施例中，所述弹性机构的另一端连接至调节座，在所述调节座内设有螺孔。

在一些实施例中，所述驱动模块还包括第一铰链部件，所述第一铰链部件的一端与所述夹持机构连接。

在一些实施例中，所述第一铰链部件的另一端连接至驱动模块固定端，所述驱动模块固定端支撑所述压电驱动元件。

在一些实施例中，所述驱动模块还包括第二铰链部件，所述第二铰链部件设置在所述夹持机构与所述压电驱动元件之间。

在一些实施例中，所述转子的至少部分外表面设有螺纹。

在一些实施例中，所述驱动装置还包括具有贯通孔的支撑座，所述贯通孔的内壁上设有与所述螺纹相匹配的内螺纹。

在一些实施例中，所述转子包括外表面不设有螺纹的第一部和外表面设有螺纹的第二部，所述夹持机构夹持所述转子的第一部。

基于一些实施方式，本实用新型的驱动装置使用压电驱动方式，实现了对样品或光学元件进行旋转进给，还可以获得较大驱动力、实现较大的驱动行程以及高的定位精度。本实用新型的驱动装置还可应用于各种极端环境(超高真空、强磁场、极低温)中。

本实用新型的上述和其他特征和优点将从下面结合附图对示例性实施例的描述而变得显而易见。应该理解的是，举例的实施例不一定可以实现所有这些优点。因此，本发明可以以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现如本文所教导或建议的其他优点。

附图说明

图1示出根据本实用新型一实施例的驱动装置的整体结构示意图；

图2示出根据本实用新型一实施例的驱动装置的结构示意图；

图3示出根据本实用新型一实施例的转子的结构示意图；

图4示出根据本实用新型一实施例的驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图描述本实用新型的示例性实施例。在附图中，相同的参考标号通常代表相同的部件。应理解，附图中显示的部件的尺寸和大小不一定是按比例绘制的，它们可与这里显示的用于实施的实施例中的不同。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适组合。

图1示出根据本实用新型一实施例的驱动装置的整体结构示意图。如图1所示，驱动装置主要包括两个部分：驱动模块10和转子20，驱动模块10可环抱夹持转子20，两者之间接触的表面为摩擦面。在一实施例中，驱动模块10可由压电驱动元件进行驱动，并通过摩擦力以步进的方式来驱动转子20进行转动。在一应用场景中，转子20的顶端可与试验样品或光学元器件等接触，从而在转子20被驱动的过程中，与其接触或连接的样品或目标物相应地被驱动。采用本实施例的结构的驱动装置，降低了实验系统的复杂度，并可以实现高精度的驱动、定位等功能。

以下对驱动装置的驱动模块和转子的具体结构进行描述，图2示出了根据本实用新型一实施例的驱动装置的结构示意图。如图2所示，驱动模块10可包括有夹持机构103和压电驱动元件101，其中夹持机构103与转子20的至少部分周向外表面相接触以环抱夹持所述转子20，压电驱动元件101可与所述夹持机构103连接，用于在受电压驱动时产生形变，该形变可使得夹持机构103摆动，从而带动转子20进行转动。

夹持机构103可具有圆弧状内表面以与转子的周向外表面相接触从而可环抱夹持转子20，该圆弧状内表面的曲率半径与转子20的半径大体相同以获得更多的接触面积。夹持机构103与转子20接触的表面为摩擦面，在夹持机构103受外力驱动进行摆动时，其可通过摩擦力带动转子20转动一定角度，而在驱动撤去时夹持机构103将回复原位，而转子20由于惯性并不会恢复原位，整个过程实现了转子20的转角运动，往复循环上述过程可驱动转子20进行步进转动。

在一示例中，夹持机构103上可设置有柔性夹持臂，其用于环抱夹持所述转子20，且所述柔性夹持臂的角度可调节，这可用来调节夹持转子20的力度。例如，夹持机构103可包括从其环抱夹持部延伸的一个或多个夹持臂，该夹持臂具有柔性特征，从而可对其夹持转子20的角度进行调节，进而可根据需要调节夹持机构103的夹持力。在一实施例中，夹持臂与环抱夹持部的连接部位设置有缺口，这可增强夹持机构的挠曲性能，从而提高装置的使用寿命。

参照图1，夹持机构103的柔性夹持臂上可设置有螺栓孔，其用于使用螺栓调节所述柔性夹持臂的角度，或者说改变柔性夹持臂之间的开口大小，从而调节夹持机构103夹持转子20的力度。可以理解，本实用新型不限于柔性夹持臂和其上的螺孔的任何特定形状或数量，此外，也可以采用其它方式施加夹紧力来调节环抱夹持机构103夹持转子20的力度大小，其均在本实用新型的保护范围。

压电驱动元件101一端支撑在驱动模块固定端106上，另一端(驱动端)连接到夹持机构103以对其提供驱动力。在一实施例中，压电驱动元件101可以是压电陶瓷堆，其可为压电陶瓷片堆叠而成。压电陶瓷能够将机械能和电能相互转换，具有敏感的特性，在被电压激励时，其将产生伸缩形变使得长度伸长，从而推动夹持机构103进行摆角运动。采用压电陶瓷进行旋转驱动，可以获得较大的驱动力以及较高的驱动精度(例如，转子20上的样品的摆动角度)。

压电陶瓷堆的伸缩形变一般与其压电陶瓷片的个数以及施加电压的大小相关联，因此可例如通过改变施加电压来调整压电陶瓷堆的伸缩形变，从而可控制夹持机构103的摆角幅度。在一实施例中，本实用新型的驱动装置可以配合控制器来使用，该控制器可用于控制施加给压电陶瓷堆的电压的大小，从而可操控驱动装置的驱动力进而控制摆动角度/位移。控制器可集成于上位机中，例如具有数据运算和处理能力的单片机、处理器等，其可以根据预先设定的程序或者定位误差反馈，基于多个感测数据来自动执行相关参数(例如电压大小、极性等)的调节和控制，从而能够快速实现样品的对准、光路调节等功能。

在一实施例中，驱动模块10还可设置有第一铰链部件104，该第一铰链部件104的一端与夹持机构103连接，另一端连接到驱动模块固定端106上。通过设置铰链部件104，可以提高夹持机构103摆角运动的效率，即在向压电驱动元件101施加同等电压的情况下，相对于不设置铰链部件104的情形(例如夹持机构103与固定端106刚性连接)，夹持机构103受压电驱动元件101驱动获得的摆角的位移量更大，同时可维持驱动装置的稳固性。

铰链部件104连接于夹持机构103的一侧，其可采用薄壁结构，这可赋予其一定的“柔性”，从而铰链部件40在外力作用下可发生形变，从而使夹持机构103摆角运动的效率更高。

驱动模块固定端106可固定于固定座或壁(未示出)上，其上设置有支撑平台以支撑压电驱动元件101，还可通过铰链部件104连接夹持机构103。参照图1，在一实施例中，在驱动模块固定端106的底部可形成有凸缘，该凸缘中开设有圆孔，其功能将在后面进行描述。

在一实施例中，驱动模块10还可设置有第二铰链部件105，该第二铰链部件105设置在夹持机构103与压电驱动元件101之间。通过设置铰链部件105，可以提高夹持机构103摆角运动的效率，即在向压电驱动元件101施加同等电压的情况下，相对于不设置铰链部件105的情形(例如夹持机构103与压电驱动元件101直接连接)，夹持机构103受压电驱动元件101驱动获得的摆角的位移量更大。

铰链部件105可为金属薄板结构，其厚度设为d，铰链部件105在其延伸方向上的长度设为L，优选地L大于等于4倍d。压电驱动元件101(例如，压电陶瓷堆)可通过粘接等方式与铰链部件105相连接。

在一实施例中，夹持机构103、第一铰链部件104、第二铰链部件105、驱动模块固定端106等驱动装置的组成部件可由钛合金、黄铜、铍铜、不锈钢等材料制成，优选地，可采用钛合金、铍铜，从而驱动装置可应用于高真空、极低温或强磁场等极端环境。另外，材料选择还需考虑驱动装置的应用环境，例如，对于磁场环境或磁性敏感的实验条件，一般不采用由不锈钢制成的部件。在一实施例中，驱动装置的各组成部件可一体加工成型，这可以以提高装置的整体稳固性。

继续参照图1和图2，在一实施例中，驱动模块10还可包括弹性机构102，该弹性机构102一端与夹持机构103连接，其可用于在施加至压电驱动元件101的电压被撤去时使夹持机构103复位。如前描述，在施加电压被撤去时，压电陶瓷堆101将迅速收缩，此时弹性机构102可提供额外的回复力，使得夹持机构103等恢复至初始状态。在此过程中，转子20由于惯性并不会恢复原位，因此可以实现转子的转角运动。

弹性机构102连接于夹持机构103的与铰链部件104相对的一侧，其可采用弹簧、波纹管等部件，图2中示例性地示出了弹性机构102采用波纹板形弹性部件，但可以理解，弹性机构102也可以采用螺旋弹簧等其他形状，或者设置多个弹性部件，其均在本实用新型的保护范围。弹性机构102的材质可与夹持机构103等部件相同，并且可与它们一体加工成形。

在一实施例中，弹性机构102的一端连接到夹持机构103，其另一端的位置可调节，从而调节所述弹性机构102的预加载力。在一实施例中，结合图1、图2，弹性机构102的另一端连接至调节座107，在该调节座107内可设有螺孔。该螺孔可与前述驱动模块固定端106的底部凸缘中的圆孔对准，在实际操作中，可将一螺栓通过凸缘的圆孔而旋接于调节座107的螺孔中，该螺栓另一侧可通过螺母(未示出)与驱动模块固定端106相紧固，由此通过调节驱动模块固定端106与调节座107之间的距离可以调节弹性机构102预加载力的大小，即系统初始状态下其拉力的大小。通过调整该预加载力或拉力，可以更高效地使驱动模块恢复初始状态，从而提高驱动装置的驱动效率。

转子20可以由陶瓷材料或硬质合金制成。其中，陶瓷材料可例如采用氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷等陶瓷材料，硬质合金可例如采用碳化钨、碳化钛基硬质合金。优选的，可采用氧化锆陶瓷，其可避免润滑剂的使用，并兼容超高真空等极端环境的应用。

在操作过程中，转子20的外表面与夹持机构103的环抱部的内壁表面组成摩擦副，两者之间的摩擦力可通过例如转子材料选择、外表面的粗糙度等进行调节。压电驱动元件101在电压驱动下，夹持机构103将带动转子20实现旋转运动。

在一实施例中，转子20的外表面还可设置有螺纹，例如转子20的外表面可被螺纹全覆盖，如此在旋转运动的基础上，驱动装置还可通过螺纹实现线性进给运动。优选地，转子20可采用半螺纹的形式，即其外表面的部分表面设置有螺纹。图3示出根据本实用新型一实施例的转子的结构示意图，如图所示，转子20由两部分组成，第一部分201的外表面不设有螺纹，而第二部分202的外表面设有螺纹，夹持机构103可夹持转子20的第一部分201。如前所述，第一部分201可由陶瓷材料或硬质合金制成，优选采用陶瓷材料，例如氧化锆陶瓷，如此可避免润滑剂的使用。

图4示出根据本实用新型一实施例的驱动装置的结构示意图。驱动装置还包括支撑座30，支撑座30可通过连接结构连接到驱动模块10上，例如，与驱动模块固定端106进行弹性连接(允许微米级的变动量)。该支撑座30内部可具有贯通孔，所述贯通孔的内壁上设有与转子20外表面的螺纹相匹配的内螺纹。在操作过程中，转子20与支撑座30的内螺纹相互配合，因此，转子20在环抱夹持机构103带动下转动的同时，可实现线性进给运动。转子20的不带螺纹部分201则与环抱夹持机构103紧密接触以增大接触面积，从而提高驱动效率并减小摩擦损耗。

应当理解，尽管本文可能使用术语“第一”和“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区别一个元件与另一个元件。例如，在未脱离示例实施例范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

本文中，诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多组合、修改和变更都是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种驱动装置，其特征在于包括：

转子；以及

驱动模块，所述驱动模块包括：

夹持机构，其与所述转子的至少部分周向外表面相接触以环抱夹持所述转子；以及

压电驱动元件，其与所述夹持机构连接，用于在受电压驱动时产生形变，所述形变使得所述夹持机构摆动，从而带动所述转子转动。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其中，所述夹持机构设置有柔性夹持臂，用于环抱夹持所述转子，且所述柔性夹持臂的角度可调节，用来调节夹持所述转子的力度。

3.如权利要求2所述的驱动装置，其中，所述柔性夹持臂上设置有螺栓孔，用于使用螺栓调节所述柔性夹持臂的角度，从而调节所述夹持机构夹持转子的力度。

4.如权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述驱动模块还包括弹性机构，所述弹性机构一端与所述夹持机构连接，用于在所述电压被撤去时使所述夹持机构复位。

5.如权利要求4所述的驱动装置，其中，所述弹性机构另一端的位置可调节从而调节所述弹性机构的预加载力。

6.如权利要求5所述的驱动装置，其中，所述弹性机构的另一端连接至调节座，在所述调节座内设有螺孔。

7.如权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述驱动模块还包括第一铰链部件，所述第一铰链部件的一端与所述夹持机构连接。

8.如权利要求7所述的驱动装置，其中，所述第一铰链部件的另一端连接至驱动模块固定端，所述驱动模块固定端支撑所述压电驱动元件。

9.如权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述驱动模块还包括第二铰链部件，所述第二铰链部件设置在所述夹持机构与所述压电驱动元件之间。

10.如权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述转子的至少部分外表面设有螺纹。

11.如权利要求10所述的驱动装置，还包括具有贯通孔的支撑座，所述贯通孔的内壁上设有与所述螺纹相匹配的内螺纹。

12.如权利要求10所述的驱动装置，其中，所述转子包括外表面不设有螺纹的第一部和外表面设有螺纹的第二部，所述夹持机构夹持所述转子的第一部。