[发明专利]一种驱动器及驱动方法

说明书

本发明提出了一种驱动器及驱动方法，该驱动器包括驱动模块、传动模块、弹性元件、输出轴和底座模块；驱动模块包括压电堆和位移放大机构，位移放大机构包括随压电堆的伸缩形变而往复直线移动的水平移动端、相对压电堆静止的固定端、随压电堆的伸缩形变而上下移动的竖直移动端；传动模块用于将位移放大机构的直线运动转化为输出轴的旋转运动，包括齿柱、齿盖和齿筒；输出轴的下端穿过底座模块上的支撑轴，并伸出底座模块；输出轴转动安装于底座模块；弹性元件套设在齿筒的下段外侧，并放置于齿筒的上段和底座模块之间；在每个周期性电压信号中，弹性元件均处于压缩状态。本发明可做到小型化，且驱动精度高、输出力矩大及使用寿命长。

技术领域

本发明属于微型旋转机械动力驱动领域，具体涉及一种驱动器及驱动方法。

背景技术

随着电子信息与机械科学的迅速发展，特别是随着材料学、微电子学、自动控制理论、精密制造技术等学科的不断渗透和融合，社会呈现出多元化和个性化的需求。工业产品不断向着微型化和智能化方向发展，以小型化和微型化成了人们研究的热点问题，并对驱动精度、输出力矩和使用寿命等性能指标提出更高的要求。

现有技术中，因为压电堆施加电信号后将产生线性微形变，所以采用单压电堆作为驱动源的驱动器主要以直线驱动器为主，而单压电堆作为能量转换元件的旋转驱动器目前大都基于惯性冲击原理，通过设计不同形式的位移放大机构，将压电堆的线性微位移转变成放大机构的摆动位移，驱使与放大机构接触并施加一定预紧力的转子产生步进式转动，带动与转子固联的输出轴旋转输出动力矩，实现不同能量形式的转化。但上述驱动器由于放大机构与转子之间为面接触并施加一定的预紧力，长时间工作后接触面会因为摩擦产生损耗，逐渐降低驱动器的旋转精度甚至放大机构与转子之间打滑导致电机堵转。采用惯性冲击原理进行工作的旋转驱动器在控制方面对驱动信号的要求较为严苛，控制系统较为复杂。由此，存在定转子间打滑或堵转引起的磨损严重和驱动精度低、能耗大、输出力矩小、使用寿命短的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动器及驱动方法，可做到小型化，且驱动精度高、驱动力矩大、使用寿命长。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种驱动器，包括：

驱动模块，包括压电堆和位移放大机构，所述压电堆设置在位移放大机构内并通入周期性电压信号；所述位移放大机构包括随压电堆的伸缩形变而往复直线移动的水平移动端、相对压电堆静止的固定端、随压电堆的伸缩形变而上下移动的竖直移动端；

传动模块，用于将位移放大机构的直线运动转化为所述输出轴的旋转运动，包括齿柱、齿盖和齿筒；所述齿筒的下段套设于底座模块上凸出的支撑轴上；所述底座模块位于齿柱的下方；

所述齿柱的上端面固接于所述位移放大机构的竖直移动端；所述齿柱、齿盖的下端面均开设环形分布的齿槽斜面，所述齿筒的上端面设置轮齿环；在每个周期性电压信号中，所述齿柱与齿筒上轮齿环的外侧啮合，之后齿盖与齿筒上轮齿环的内侧啮合；

所述齿盖套设于齿柱内，并固定于一输出轴的上端；所述输出轴的下端穿过所述底座模块上的支撑轴，并伸出所述底座模块；所述输出轴转动安装于所述底座模块；

弹性元件，套设在所述齿筒的下段外侧，并放置于所述齿筒的上段和底座模块之间；在每个周期性电压信号中，所述弹性元件均处于压缩状态。

优选地，所述位移放大机构包括：

第一柔性铰链单元，包括菱形柔性铰链和第一长板型柔性铰链；其中，所述菱形柔性铰链包括组成所述菱形柔性铰链顶点的两个第一连接块和两个第二连接块；所述第一连接块和第二连接块交错布置；相邻所述第一连接块和第二连接块之间柔性铰接一连接臂；两所述第一连接块，用于传递压电堆产生的伸缩形变以形成所述位移放大机构的水平移动端，两所述第一连接块之间卡设所述压电堆；

第一长板型柔性铰链固接于所述第一连接块的下端，两所述第一长板型柔性铰链之间柔性铰接一用于承接所述压电堆的横梁；

所述第一长板型柔性铰链为Z字型结构，组成Z字型结构的各长板之间为柔性铰接；