[发明专利]一种步进式压电陶瓷旋转驱动器及驱动方法

说明书

技术领域

本发明属于压电陶瓷驱动装置，具体涉及一种步进式压电陶瓷旋转驱动器及驱动方法。

背景技术

近年来随着微纳米技术的迅猛发展，压电驱动装置在超精密微细加工与测量技术、微机电系统、纳米科技、半导体制造、现代医学与生物遗产工程、航空航天技术等领域存在日益广泛的应用。虽然压电陶瓷驱动器具有体积小，位移输出分辨力高，易于控制，无杂散磁场等特点，但是由于其位移输出行程较小且只能输出直线位移因此应用范围被大大缩小。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种步进式压电陶瓷旋转驱动器及驱动方法，将压电陶瓷驱动器输出的直线位移转变为角位移，并通过多个压电陶瓷驱动器的协调步进实现驱动装置的旋转，并且同时具备结构紧凑，体积小，重量轻的特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种步进式压电陶瓷旋转驱动器，包括固定在固定底板9上的精密轴承8，安装于精密轴承8内圈的输出轴7，内端设置在输出轴7周圈的箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5，分别安装在箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5中长轴上的箝位用压电陶瓷驱动器2、第一压电陶瓷驱动器4和第二压电陶瓷驱动器6，所述箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5的外端固定在驱动壳体10上，所述输出轴7的圆心在箝位机构1的短轴线上，所述输出轴7的圆心不在第一驱动机构3和第二驱动机构5的短轴线上；所述箝位用压电陶瓷驱动器2、第一压电陶瓷驱动器4和第二压电陶瓷驱动器6通电伸长时分别能够使箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5的长轴产生变形，该变形将引起其短轴长度缩短，从而使箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5与输出轴7脱离接触，而在箝位用压电陶瓷驱动器2、第一压电陶瓷驱动器4和第二压电陶瓷驱动器6断电状态下，分别能够使箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5恢复原长，与输出轴7进行接触从而对输出轴7施加作用力。

所述箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5与所述驱动壳体10位于同一平面内，由精密慢走丝线切割机床一体加工而成。

所述箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5为桥式位移放大机构。

上述所述一种步进式压电陶瓷旋转驱动器的驱动方法，初始状态，箝位用压电陶瓷驱动器2、第一压电陶瓷驱动器4和第二压电陶瓷驱动器6均不通电，箝位机构1、第一驱动机构3和第二驱动机构5与输出轴7相接触，靠摩擦力进行箝位，驱动器处于锁止状态；步进旋转时分为两种情况：

逆时针旋转：此时第二压电陶瓷驱动器6始终保持通电状态不变，即第二驱动机构5始终与输出轴7始终脱离接触，由箝位用压电陶瓷驱动器2和第一压电陶瓷驱动器4驱动驱动器实现旋转步进，通过不断循环如下两步运动即实现步进旋转：

第一步，第一压电陶瓷驱动器4通电伸长，使得第一驱动机构3实现短轴变形从而与输出轴7脱离接触；箝位用压电陶瓷驱动器2保持断电状态，使得箝位机构1与输出轴7相接触，靠摩擦力进行箝位；

第二步，箝位用压电陶瓷驱动器2通电伸长，箝位机构1与输出轴7脱离接触；基本与此同时，第一压电陶瓷驱动器4断电，第一驱动机构3与输出轴7接触并使其产生逆时针转动；重复上述两步，驱动器实现逆时针旋转步进。

顺时针旋转：此时第一压电陶瓷驱动器4始终保持通电状态不变，即第一驱动机构3始终与输出轴7始终脱离接触，由箝位用压电陶瓷驱动器2和第二压电陶瓷驱动器6驱动驱动器实现旋转步进，通过不断循环如下两步运动即可实现步进旋转：

第一步，第二压电陶瓷驱动器6通电伸长，使得第二驱动机构5实现纵向变形从而与输出轴7脱离接触；箝位用压电陶瓷驱动器2保持断电状态，使得箝位机构1与输出轴7相接触，靠摩擦力进行箝位。然后通过不断循环如下两步运动即可实现步进旋转；

第二步，箝位用压电陶瓷驱动器2通电伸长，箝位机构1与输出轴7脱离接触；基本与此同时，第二压电陶瓷驱动器6断电，第二驱动机构5与输出轴7接触并使其产生顺时针转动，重复上述两步，驱动器实现顺时针旋转步进。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：