阅读说明：本技术 一种差动惯性式压电旋转驱动器 (Differential inertia type piezoelectric rotary driver ) 是由 董景石 张博闻 徐智 刘畅 曹义 于 2021-03-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种差动惯性式压电旋转驱动器,属于精密驱动领域。包括底座、双层圆环、两组压电驱动元件、转子。双层圆环通过其柔性连接梁配合两组压电元件产生旋转运动；压电元件利用逆压电效应将电能转化为动能,使柔性连接梁产生模态改变,通过控制电信号的输入方式,使双层圆环的内外环产生差动旋转,驱动转子产生连续的旋转运动；转子作为驱动装置的输出终端。具有响应迅速、转动平稳、无电磁干扰、结构简单等优点,在医疗器械、航空航天、精密驱动等领域有良好的应用前景。(The invention relates to a differential inertia type piezoelectric rotary driver, and belongs to the field of precision driving. Comprises a base, a double-layer ring, two groups of piezoelectric driving elements and a rotor. The double-layer circular ring is matched with the two groups of piezoelectric elements through the flexible connecting beam to generate rotary motion; the piezoelectric element converts electric energy into kinetic energy by utilizing an inverse piezoelectric effect, so that the flexible connecting beam generates modal change, and the inner ring and the outer ring of the double-layer circular ring generate differential rotation by controlling the input mode of an electric signal to drive the rotor to generate continuous rotary motion; the rotor serves as an output terminal of the drive. The device has the advantages of quick response, stable rotation, no electromagnetic interference, simple structure and the like, and has good application prospect in the fields of medical instruments, aerospace, precision driving and the like.)

一种差动惯性式压电旋转驱动器

技术领域

本发明涉及精密机械领域，特别涉及一种差动惯性式压电旋转驱动器，适用于医学领域、航空航天、精密驱动等领域。

背景技术

压电驱动技术是一种基于压电材料的逆压电效应来控制其机械形变进而输出力和位移的精密驱动技术，具有结构简单、高精确度、高分辨率、抗电磁干扰等特点，在光学器械、纳米技术、医疗器械等领域有重要的应用。压电驱动装置的运动原理种类较多，目前主要有惯性运动原理、尺蠖运动原理、共振原理等，其中惯性运动原理又分为摩擦惯性原理和冲击惯性原理两种，具有结构简单的特点；尺蠖运动原理控制较为复杂；共振原理结构尺寸和供电设备具有严格要求。惯性执行机构因结构简单、超精密和微型化的特点，在显微手术显微镜、半导体制造、精密光学对准等领域得到了广泛的应用。

综上所述，惯性式压电电机具有良好的应用前景，但是其效率较低，存在能源浪费现象也较为显著。

发明内容

本发明的目的在于提供一种差动惯性式压电旋转驱动器，解决现有技术存在的上述问题。本发明利用压电元件的逆压电效应将电能转变为机械能，并使内外环产生转角位移；通过对内压电元件提供缓慢增长快速减弱的电信号激励，使内环产生转角位移；在内环发生转角位移的过程中，对外压电元件施加相同的电信号激励，使外环也产生同向的转角位移，使在同时段激励下转角位移增加，通过连续的电信号激励，使转子发生旋转运动；相比于单环模式下的工作效率，本发明提出的差动惯性式压电驱动器具有效率较高、运转稳定、结构简单、易于控制等优点。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种差动惯性式压电旋转驱动器，其特征在于：通过两组压电元件的电信号输入方式不同，使双层环的内外环产生不同步的差动；包括底座1、双压电环2、内压电元件3、外压电元件4、转子5。所述双层压电环2安装在底座1的转动轴上，内压电元件3安装于双层压电环2的内柔性梁的两侧，外压电元件4安装于双层压电环2的外柔性梁的两侧，转子安装在双层压电环2的顶部，工作过程中通过给予内压电元件3和外压电元件4不同的电信号激励，驱动双层压电环2旋转并使转子5旋转。

所述的内压电元件3安装在双压电环2的内柔性梁的两侧，工作过程中受到电信号激励使内压电元件3产生模态变化，使内柔性梁产生弯曲变形，进而使内柔性梁连接的内环产生旋转运动。

所述的外压电元件4安装在双压电环2的外柔性梁的两侧，工作过程中受到不同相位的电信号激励使外压电元件4产生模态变化，使外柔性梁发生弯曲变形，进而使内柔性梁的外环产生旋转运动。

所述的转子5安装在双压电环的顶部，通过螺纹连接固定。内压电元件3受到电信号的激励使内环产生旋转运动，外压电元件4受到电信号的激励使外环产生旋转运动，双压电环2的内外环旋转作用的叠加下，使转子5实现连续的旋转运动。

本发明的有益成果在于：利用不同的电信号激励两组压电元件，使单步转角增加，提高工作效率。结构紧凑、成本低、控制简单、无电磁干扰，在光学仪器、医疗器械、微操作领域有很好的应用前景

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的总体结构示意图

图2为双层环的结构图

图3为压电元件贴片示意图

图4为输入电信号示意图

图5为运动原理图

图中：1、底座；2、双层环；3、内压电元件；4、外压电元件；5、转子；21、内层环；22、外层环；23、内柔性梁；24、外柔性梁。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1所示，差动惯性式压电旋转驱动器，其特征在于：通过两组压电元件的电信号输入方式不同，使双层环的内外环产生不同步的差动；包括底座1、双压电环2、内压电元件3、外压电元件4、转子5。

所述双层压电环2安装在底座1的转动轴上，内压电元件3安装于双层压电环2的内柔性梁的两侧，外压电元件4安装于双层压电环2的外柔性梁的两侧，转子安装在双层压电环2的顶部，工作过程中通过给予内压电元件3和外压电元件4不同的电信号激励，驱动双层压电环2旋转并使转子5旋转。

所述的内压电元件3安装在双压电环2的内柔性梁的两侧，工作过程中受到电信号激励使内压电元件3产生模态变化，使内柔性梁产生弯曲变形，进而使内柔性梁连接的内环产生旋转运动。

所述的外压电元件4安装在双压电环2的外柔性梁的两侧，工作过程中受到不同相位的电信号激励使外压电元件4产生模态变化，使外柔性梁发生弯曲变形，进而使内柔性梁的外环产生旋转运动。

所述的转子5安装在双压电环的顶部，通过螺纹连接固定。内压电元件3受到电信号的激励使内环产生旋转运动，外压电元件4受到电信号的激励使外环产生旋转运动，双压电环2的内外环旋转作用的叠加下，使转子5实现连续的旋转运动。

参见图2、图3、图4、图5所示，双层环2包括内层环21、外层环22、内柔性梁23、外柔性梁24。内压电元件3固定于内柔性梁23两侧，受电信号的激励使内柔性梁产生弯曲形变，内柔性梁23弯曲使内层环21产生转角位移；在内层环21产生转角位移的过程中，外压电元件4受到图示电信号的激励也产生弯曲形变，使外层环22也产生转角位移，使两部分转角位移叠加提高效率。转子5安装与外层环22上，连续的电信号激励使转子5发生宏观连续转动。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。