一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器的制作方法

本发明属于压电驱动领域，具体涉及一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器。

背景技术：

压电驱动主要分为压电超声马达、钳位式压电驱动器、惯性式压电驱动器和变摩擦力式压电驱动器。压电超声马达分为行波驱动和驻波驱动；钳位式压电驱动器主要为仿尺蠖型压电驱动器，其结构一般较为复杂且需要多组压电振子；惯性式压电驱动器主要分为冲击式和粘滑式，此类驱动器通过不对称的驱动信号实现驱动器的定向移动，对信号发生器的要求较高；变摩擦力式压电驱动器根据其改变摩擦力的方式主要分为变材料和变正压力两类。因此，研发出一种结构简单、驱动信号容易获取的压电驱动器对压电驱动领域有重大意义。

技术实现要素：

为了解决目前压电驱动器结构和驱动信号复杂的问题，提出了一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器，该驱动器由固定圆周、中心转轴、压电振子、连接圆周和复合脚支座组成；所述固定圆周与机架相连，所述压电振子一端与中心转轴相连接，另一端与连接圆周相连接，所述复合脚支座均匀布置在连接圆周外圆环面上，所述复合脚支座与固定圆周相接触；其中所述固定圆周为圆环形构件，所述中心转轴为圆柱形构件且可绕其轴线发生转动，所述压电振子由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述连接圆周为圆环形构件，所述复合脚支座为由摩擦系数不同的两种材料复合而成的圆柱形构件。所述压电振子通电时发生来回振动进而带动中心转轴发生转动，由于向不同方向转动时，复合脚支座的高摩擦系数材料和低摩擦系数材料与固定圆周交替接触，致使摩擦力的大小发生变化，进而实现中心转轴的步进定向转动。该驱动器除了具有一般压电驱动器响应快、精度高、无电磁干扰等优点外，还具备了结构简单、驱动信号容易获得和驱动原理简易的优势。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器，包括固定圆周、中心转轴、压电振子、连接圆周和复合脚支座；其中所述固定圆周为圆环形构件，所述中心转轴为圆柱形构件且可绕其轴线发生转动，所述压电振子由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述连接圆周为圆环形构件，所述复合脚支座为由低摩擦系数材料和高摩擦系数材料复合而成的圆柱形构件；所述固定圆周与机架相连，所述压电振子一端与中心转轴相连接，另一端与连接圆周相连接，所述复合脚支座均匀布置在连接圆周外圆环面上，所述复合脚支座与固定圆周相接触。

工作时，压电振子在正弦交变电压的驱动下发生往复运动，由于复合脚支座的高摩擦系数材料和低摩擦系数材料与固定圆周交替接触，旋转方向不同时，复合脚支座受到的固定圆周的摩擦力的大小也不同，从而使中心转轴转向不同时受到的合力大小发生变化，最终中心转轴实现定向转动。驱动器的工作原理示意图如图3所示：如图3(a)所示，压电振子未通电时，驱动器处于静止状态；如图3(b)所示，驱动电压由最小到最大逐渐上升时，压电振子发生顺时针的运动，此时复合脚支座的低摩擦系数材料与固定圆周接触，接触产生的摩擦力较小，在压电振子驱动力和摩擦力共同作用下，中心轴顺时针转动w1角度；如图3(c)所示，驱动电压由最大到最小逐渐下降时，压电振子发生逆时针的运动，此时复合脚支座的高摩擦系数材料与固定圆周接触，接触产生的摩擦力较大，在压电振子驱动力和摩擦力共同作用下，中心轴逆时针转动w2角度；由于顺时针转动时中心轴受到的摩擦力较小，因此w1大于w2，中心轴在一个周期结束时顺时针转动一个角度。该驱动器除了具有一般压电驱动器响应快、精度高、无电磁干扰等优点外，还具备了结构简单、驱动信号容易获得和驱动原理简易的优势。

附图说明

图1是本发明一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器整体结构示意图。

图2是本发明一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器复合脚支座结构示意图。

图3是本发明一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器运动过程示意图。

具体实施方式

参照图1、图2和图3，本发明一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器是由固定圆周1、中心转轴2、压电振子3、连接圆周4和复合脚支座5组成；其中：

所述固定圆周1为圆环形构件，所述中心转轴2为圆柱形构件且可绕其轴线发生转动，所述压电振子3由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述连接圆周4为圆环形构件，所述复合脚支座5为由低摩擦系数材料51和高摩擦系数材料52复合而成的圆柱形构件；所述固定圆周1与机架相连，所述压电振子3一端与中心转轴2相连接，另一端与连接圆周4相连接，所述复合脚支座5均匀布置在连接圆周4外圆环面上，所述复合脚支座5与固定圆周1相接触。

工作时，压电振子在正弦交变电压的驱动下发生往复运动，由于复合脚支座的高摩擦系数材料和低摩擦系数材料与固定圆周交替接触，旋转方向不同时，复合脚支座受到的固定圆周的摩擦力的大小也不同，从而使中心转轴转向不同时受到的合力大小发生变化，最终中心转轴实现定向转动。驱动器的工作原理示意图如图3所示：如图3(a)所示，压电振子未通电时，驱动器处于静止状态；如图3(b)所示，驱动电压由最小到最大逐渐上升时，压电振子发生顺时针的运动，此时复合脚支座的低摩擦系数材料与固定圆周接触，接触产生的摩擦力较小，在压电振子驱动力和摩擦力共同作用下，中心轴顺时针转动w1角度；如图3(c)所示，驱动电压由最大到最小逐渐下降时，压电振子发生逆时针的运动，此时复合脚支座的高摩擦系数材料与固定圆周接触，接触产生的摩擦力较大，在压电振子驱动力和摩擦力共同作用下，中心轴逆时针转动w2角度；由于逆时针转动时中心轴受到的摩擦力较小，因此w1大于w2，中心轴在一个周期结束时顺时针转动一个角度。该驱动器除了具有一般压电驱动器响应快、精度高、无电磁干扰等优点外，还具备了结构简单、驱动信号容易获得和驱动原理简易的优势。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种具有复合脚支座的惯性旋转驱动器，包括：固定圆周、中心转轴、压电振子、连接圆周和复合脚支座，其中：所述固定圆周与机架相连，所述压电振子一端与中心转轴相连接，另一端与连接圆周相连接，所述复合脚支座均匀布置在连接圆周外圆环面上，所述复合脚支座与固定圆周相接触。所述压电振子通电时发生来回振动进而带动中心转轴发生转动，由于向不同方向转动时，复合脚支座的高摩擦系数材料和低摩擦系数材料与固定圆周交替接触，致使摩擦力的大小发生变化，进而实现中心转轴的步进定向转动。该驱动器除了具有一般压电驱动器响应快、精度高、无电磁干扰等优点外，还具备了结构简单、驱动信号容易获得和驱动原理简易的优势。

技术研发人员：曾祥莉;吴越;董景石;杨志刚;李新波;刘江伟;汪菲菲
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2018.09.12
技术公布日：2018.12.28