CN109378997B - 一种永磁控制式磁流变液压电旋转驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种永磁控制式磁流变液压电旋转驱动器，属压电精密驱动技术领域。旋转轴通过轴承与支撑板配合固定于两侧支撑板的顶部，两侧支撑板与底部壳体和前后支撑板连接，旋转轴中心处安装有驱动机构，运动主体两侧装有压电振子；摩擦块固定于驱动机构底部，并浸置于磁流变液中，磁流变液置于磁流变液壳体中，磁流变液壳体顶部装有密封条，底部连接支撑块，支撑块固定于底部壳体；两侧支撑板下侧装有螺旋测头，螺旋测头端部装有滚动轴承，滚动轴承外圈置于移动块中，永磁块上下端粘有磁轭，磁轭与磁流变液壳体接触。优势特色：驱动器运行时，摩擦力调节装置的主要摩擦形式为固体‑液体/固体‑类固体摩擦，摩擦、磨损小，驱动器可靠性高。

Description

一种永磁控制式磁流变液压电旋转驱动器
技术领域：
本发明属于压电精密驱动技术领域，具体涉及一种永磁控制式磁流变液压电旋转驱动器。
背景技术：
近年来，国内外大批科研机构和高校围绕压电精密驱动开展了大量的科研工作，所积累的研究成果与实践经验使压电驱动技术日趋成熟，压电驱动产品蓬勃发展。自20世纪80年代日本学者率先成功研发压电超声电机以来，各类不同驱动机理、不同实现形式、不同结构的压电驱动器相继问世。根据致动原理、驱动元件、运动方式的不同，压电驱动器可以细分为多个不同的类别。
根据驱动机理和运动方式不同，可以分为直动式压电精密驱动器、尺蠖式压电精密驱动器、以及惯性式压电精密驱动器等。其中，与传统的诸如电磁马达等驱动器相比，直动式压电驱动器具有结构简单紧凑，进给连续，可实现大力矩输出的特点，但缺陷主要集中在行程较小需要铰链结构放大，位移精度受到压电叠堆的迟滞和蠕变非线性影响，多向柔性铰链相互存在干涉与影响等方面。尺蠖式压电驱动器具有大行程、大驱动力和高分辨率的主要特性。但是，由于驱动机理的本身限制，该类型驱动器均需设计箝位结构，这使驱动器机械结构庞大复杂，导致整机较难实现微小化；其次，电路部分也需要多路时序信号输出，从而对电路控制***提出了较高要求。
而其中的惯性式压电驱动器，主要通过由压电元件带动质量块振动产生的惯性力和摩擦力配合形成的驱动力驱动，为保证较好的工作性能，该类驱动器对摩擦控制方法与摩擦接触表面精度提出了更高的要求。现今的压电惯性驱动器的摩擦力调节装置的摩擦形式主要为固体-固体摩擦，固体-固体摩擦与接触表面微观结构、表面磨损情况有关，是一种复杂、不可预测的能量损耗形式，因此，固体-固体摩擦会影响驱动器整体性能。而磁流变液是一种智能型流体，在磁场作用下与宾汉流体类似，磁流变液中磁性颗粒形成磁链，流体粘度会明显增加，存在屈服应力，在应力达到屈服应力之前，磁流变液类似于固体，不会破坏磁链而产生流动，达到屈服应力之后，磁流变液中磁链将被破坏而产生流动，其屈服应力能通过磁场的改变精确控制。磁流变液的引入所带来的固体-液体/固体-类固体的摩擦形式是一种十分新颖有效的技术手段，它使摩擦力适中且可调，磨损小，并能提高惯性式压电驱动器性能，扩大应用范围。
发明内容
针对现有压电驱动器的摩擦力调节装置的固体-固体摩擦导致的摩擦、磨损大，可靠性不高，驱动能力有限等问题，本发明提出一种永磁控制式磁流变液压电旋转驱动器。本发明采用的实施方案是：一种永磁控制式磁流变液压电旋转驱动器，其特征在于：旋转轴(b)的上端安装一个第一轴承(a)，与支撑板(f)配合固定于侧支撑板一(g1)和侧支撑板二(g2)的顶部，所述侧支撑板一(g1)和所述侧支撑板二(g2)对称地固定在底部壳体(j)的两侧，前支撑板(k1)和后支撑板(k2)对称地固定在所述底部壳体(j)的另外两侧，所述侧支撑板一(g1)、所述侧支撑板二(g2)、所述底部壳体(j)、所述前支撑板(k1)和所述后支撑板(k2)组成一个长方体状结构，所述长方体状结构上侧固定有顶盖(e)；旋转轴(b)的中心处固定有驱动机构(c)，驱动机构(c)两侧各装有压电振子一(d1)和压电振子二(d2)；压电振子一(d1)由压电晶片一(d102)、基板一(d101)和质量块一(d103)组成，压电振子二(d2)由压电晶片二(d202)、基板二(d201)和质量块二(d203)组成；旋转轴(b)的中端安装一个第二轴承(m)，摩擦盘(i3)固定于驱动机构(c)的底部，并且摩擦盘(i3)一部分浸置于磁流变液(i1)中，磁流变液(i1)置于磁流变液壳体(i5)中，磁流变液壳体(i5)顶部靠近驱动机构(c)处粘有密封圈(i2)，其底部连接支撑块(i4)，支撑块(i4)固定于底部壳体(j)；毡圈(i6)粘接于磁流变液壳体(i5),所述毡圈(i6)位于摩擦盘(i3)上下两侧弯折处；侧支撑板一(g1)下侧固有横向布置的螺旋测头一(h101)，侧支撑板二(g2)下侧固有横向布置的螺旋测头二(h201)，螺旋测头一(h101)伸入侧支撑板一(g1)内部的一端装有滚动轴承一(h102)，螺旋测头二(h201)伸入侧支撑板二(g2)内部的一端装有滚动轴承二(h202)，滚动轴承一(h102)外圈配合于移动块一(h103)中，滚动轴承二(h202)外圈配合于移动块二(h203)中，移动块一(h103)与永磁块一(h104)粘接，移动块二(h203)与永磁块二(h204)粘接，永磁块一(h104)的上下端粘有磁轭一(h105)和磁轭二(h106)，永磁块二(h204)的上下端粘有磁轭三(h205)和磁轭四(h206)。
优势与特色：①驱动器运行时，摩擦力调节装置的主要摩擦形式为固体-液体/固体-类固体摩擦，摩擦、磨损小，驱动器可靠性高；②驱动器运行时摩擦力可通过旋转螺旋测头进行调节，控制简便，驱动器能输出大驱动力。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中去除前支撑板、后支撑板后的主视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是从图1的角度进行观察，进行B-B面水平剖切后的剖视图。
具体实施方式
一种永磁控制式磁流变液压电旋转驱动器，其特征在于：旋转轴(b)的上端安装一个第一轴承(a)，与支撑板(f)配合固定于侧支撑板一(g1)和侧支撑板二(g2)的顶部，所述侧支撑板一(g1)和所述侧支撑板二(g2)对称地固定在底部壳体(j)的两侧，前支撑板(k1)和后支撑板(k2)对称地固定在所述底部壳体(j)的另外两侧，所述侧支撑板一(g1)、所述侧支撑板二(g2)、所述底部壳体(j)、所述前支撑板(k1)和所述后支撑板(k2)组成一个长方体状结构，所述长方体状结构上侧固定有顶盖(e)；旋转轴(b)的中心处固定有驱动机构(c)，驱动机构(c)两侧各装有压电振子一(d1)和压电振子二(d2)；压电振子一(d1)由压电晶片一(d102)、基板一(d101)和质量块一(d103)组成，压电振子二(d2)由压电晶片二(d202)、基板二(d201)和质量块二(d203)组成；旋转轴(b)的中端安装一个第二轴承(m)，摩擦盘(i3)固定于驱动机构(c)的底部，并且摩擦盘(i3)一部分浸置于磁流变液(i1)中，磁流变液(i1)置于磁流变液壳体(i5)中，磁流变液壳体(i5)顶部靠近驱动机构(c)处粘有密封圈(i2)，其底部连接支撑块(i4)，支撑块(i4)固定于底部壳体(j)；毡圈(i6)粘接于磁流变液壳体(i5),所述毡圈(i6)位于摩擦盘(i3)上下两侧弯折处；侧支撑板一(g1)下侧固有横向布置的螺旋测头一(h101)，侧支撑板二(g2)下侧固有横向布置的螺旋测头二(h201)，螺旋测头一(h101)伸入侧支撑板一(g1)内部的一端装有滚动轴承一(h102)，螺旋测头二(h201)伸入侧支撑板二(g2)内部的一端装有滚动轴承二(h202)，滚动轴承一(h102)外圈配合于移动块一(h103)中，滚动轴承二(h202)外圈配合于移动块二(h203)中，移动块一(h103)与永磁块(h104)粘接，移动块二(h203)与永磁块二(h204)粘接，永磁块一(h104)的上下端粘有磁轭一(h105)和磁轭二(h106)，永磁块二(h204)的上下端粘有磁轭三(h205)和磁轭四(h206)。
本发明中，导磁外壳与电磁线圈结构产生的电磁场将磁场引导至摩擦盘剪切磁流变液结构中，将电磁线圈中产生的大部分磁场利用到磁流变效应中。
本发明中，利用对称方波电信号作为压电振子的激励信号，压电振子在非对称夹持条件下产生不同大小的惯性冲击力，当产生的冲击力大于摩擦力时，运动体稳定单向运动，当产生的冲击力小于摩擦力时，运动体停止运动。驱动器的摩擦力调节装置能根据电磁线圈的通电大小，调节摩擦力大小，间接控制驱动器的输出性能，具有良好的可控性。

Claims (1)

1.一种永磁控制式磁流变液压电旋转驱动器，其特征在于：旋转轴(b)的上端安装一个第一轴承(a)，与支撑板(f)配合固定于侧支撑板一(g1)和侧支撑板二(g2)的顶部，所述侧支撑板一(g1)和所述侧支撑板二(g2)对称地固定在底部壳体(j)的两侧，前支撑板(k1)和后支撑板(k2)对称地固定在所述底部壳体(j)的另外两侧，所述侧支撑板一(g1)、所述侧支撑板二(g2)、所述底部壳体(j)、所述前支撑板(k1)和所述后支撑板(k2)组成一个长方体状结构，所述长方体状结构上侧固定有顶盖(e)；旋转轴(b)的中心处固定有驱动机构(c)，驱动机构(c)两侧各装有压电振子一(d1)和压电振子二(d2)；压电振子一(d1)由压电晶片一(d102)、基板一(d101)和质量块一(d103)组成，压电振子二(d2)由压电晶片二(d202)、基板二(d201)和质量块二(d203)组成；旋转轴(b)的中端安装一个第二轴承(m)，摩擦盘(i3)固定于驱动机构(c)的底部，并且摩擦盘(i3)一部分浸置于磁流变液(i1)中，磁流变液(i1)置于磁流变液壳体(i5)中，磁流变液壳体(i5)顶部靠近驱动机构(c)处粘有密封圈(i2)，其底部连接支撑块(i4)，支撑块(i4)固定于底部壳体(j)；毡圈(i6)粘接于磁流变液壳体(i5),所述毡圈(i6)位于摩擦盘(i3)上下两侧弯折处；侧支撑块一(g1)下侧固有横向布置的螺旋测头一(h101)，侧支撑块二(g2)下侧固有横向布置的螺旋测头二(h201)，螺旋测头一(h101)伸入侧支撑块一(g1)内部的一端装有滚动轴承一(h102)，螺旋测头二(h201)伸入侧支撑块二(g2)内部的一端装有滚动轴承二(h202)，滚动轴承一(h102)外圈配合于移动块一(h103)中，滚动轴承二(h202)外圈配合于移动块二(h203)中，移动块一(h103)与永磁块一(h104)粘接，移动块二(h203)与永磁块二(h204)粘接，永磁块一(h104)的上下端粘有磁轭一(h105)和磁轭二(h106)，永磁块二(h204)的上下端粘有磁轭三(h205)和磁轭四(h206)。
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