[发明专利]一种基于压电叠堆的旋转驱动装置

说明书

本发明公开了一种基于压电叠堆的旋转驱动装置，包括驱动定子Ⅰ、驱动定子Ⅱ、固定定子以及驱动轴；驱动定子Ⅰ、固定定子、驱动定子Ⅱ从上至下依次设置，相邻的星型平台之间通过柔性铰链连接，所述驱动轴穿设于驱动定子Ⅰ、固定定子、驱动定子Ⅱ的星型平台中心处。本发明提供的基于压电叠堆的旋转驱动装置，其驱动轴可在任意位置启动，可以实现驱动轴的正反向转动，单个步进动作中，压电叠堆微小位移转化为转盘的微小转动角度，转动精度高，配合压电叠堆的高频响应，实现转动轴以较高角速度转动并实现在整圆周的大行程旋转，具有结构紧凑，运动分辨率高，行程大等优点。

技术领域

本发明属于驱动器技术领域，涉及一种基于压电叠堆的旋转驱动装置。

背景技术

近年来，随着现代医学、航空寒天、精密加工等科学技术的不断发展，科技领域对传动机构的定位精度、相应响应速度、输出力和控制特性等方面提出了更高的需求。因此，新型高精度驱动器成为研究的热点。其中压电驱动器是利用压电材料(主要是压电陶瓷)的逆压电效应，在电场作用下将电能转化为机械能，产生机械变形(位移)的装置，变形虽然非常微小，但是稳定性很高，且能够实现高频变化。

近几十年来，国内外学生研制了各种不同类型的压电驱动装置，广义的压电驱动器可分为四类：压电超声波驱动器、压电定位微动工作台、压电惯性驱动器以及压电步进驱动器。其中步进式压电驱动器采用循环步进的运动方式不断积累位移，可实现较大的推动力和输出行程。但现有步进式压电驱动器通常存在结构复杂、控制困难的问题，且往往也存在位移最小分辨率和足够大的运动行程不能兼顾的问题，不利于步进式压电驱动器的实际应用。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的之一是提供一种基于压电叠堆的旋转驱动装置，以通过多层定子的驱动机构、箝位机构的交替协作，可以实现大行程、大负载的驱动能力。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于压电叠堆的旋转驱动装置，驱动定子Ⅰ、驱动定子Ⅱ、固定定子以及驱动轴；

所述驱动定子Ⅰ、驱动定子Ⅱ以及固定定子的结构相同，均包括若干箝位机构、与箝位机构数量相同的压紧块以及星型平台，所述压紧块呈圆周式均匀安装在星型平台上并与星型平台通过柔性铰链连接，对应压紧块所在位置处所述箝位机构呈圆周式均匀安装在星型平台上且与星型平台硬接触；

在驱动定子Ⅰ和驱动定子Ⅱ的星型平台上于至少一个箝位机构的末端处安装有驱动机构，驱动机构与星型平台硬接触；

在固定定子的星型平台上于至少两个箝位机构的末端处设置向外延伸形成用于固定星型平台Ⅱ的安装孔；

所述驱动定子Ⅰ、固定定子、驱动定子Ⅱ从上至下依次设置，相邻的星型平台之间通过柔性铰链连接，所述驱动轴穿设于驱动定子Ⅰ、固定定子、驱动定子Ⅱ的星型平台中心处。

上述基于压电叠堆的旋转驱动装置，所述箝位机构主要用于在压电叠堆的变形移动下推动压紧块从而实现驱动轴的箝紧，在驱动定子(Ⅰ/Ⅱ)、固定定子均包括有箝位机构。需要说明的时，在满足可箝紧驱动轴的目的基础上，箝位单位可以采用现有技术中其它基于压电叠堆结构的箝位组件。固定定子和驱动定子的箝位机构可以相同或不同，但本发明中，为便于箝位机构的统一控制，固定定子和驱动定子的箝位机构结构完全相同。本发明中，箝位机构)包括顶紧螺钉、下楔形块、上楔形块、预紧螺钉以及箝位压电叠堆，星型平台上从外向内开设有依次连通的第一安装槽、第二安装槽以及第三安装槽；所述上楔形块、下楔形块安装于第一安装槽内且楔形面相对接触；所述顶紧螺钉、预紧螺钉分别安装于第一安装槽两侧壁上，且顶紧螺钉、预紧螺钉的端部分别与下楔形块、上楔形块的端面相接触；所述箝位压电叠堆安装于第二安装槽内；所述压紧块安装于第三安装槽内；调节顶紧螺钉和预紧螺钉在旋进方向的位移以预紧箝位压电叠堆，箝位压电叠堆受电伸长后推动压紧块箝紧驱动轴，通过预紧压电叠堆实现过盈配合。