一種夾持式直線型壓電驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種夾持式直線型壓電驅(qū)動器，其包括導軌、由第一支腳、第二支腳組成的支撐部、柔性彈片和壓電疊堆，支撐部用于支持導軌，所述的柔性彈片設(shè)置于第一支腳和第二支腳之間，壓電疊堆嵌設(shè)于柔性彈片的開孔內(nèi)，所述的第一支腳和第二支腳與導軌之間可產(chǎn)生相對運動。本實用新型的夾持式直線型壓電驅(qū)動器采用壓電疊堆作為驅(qū)動源及特殊結(jié)構(gòu)的夾持裝置，具有斷電自鎖功能，而且能夠?qū)崿F(xiàn)被驅(qū)動物體的直線運動。該種結(jié)構(gòu)的直線型壓電驅(qū)動器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小易于微型化、抗干擾能力強、安裝方便、可操作性強及可調(diào)范圍廣等優(yōu)點，有助于直線型壓電驅(qū)動器在現(xiàn)實領(lǐng)域的應(yīng)用，推進了壓電驅(qū)動器的發(fā)展。
【專利說明】一種夾持式直線型壓電驅(qū)動器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種壓電驅(qū)動器，特別是一種利用壓電疊堆驅(qū)動的直線型壓電驅(qū)動器，屬于壓電應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電驅(qū)動器與傳統(tǒng)電機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、小型輕量、響應(yīng)速度快、噪聲低、低速大轉(zhuǎn)矩、控制特點好、斷電自鎖、運動準確等優(yōu)點，另外還具有耐低溫、真空等適應(yīng)太空環(huán)境的特點。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的直線型壓電驅(qū)動器仍然存在結(jié)構(gòu)緊湊性不足、裝配難度高、可操作性弱、控制精度低、性能穩(wěn)定性差、可調(diào)范圍窄等問題，一定程度上阻礙了壓電驅(qū)動器的發(fā)展進程。傳統(tǒng)的尺蠖式壓電驅(qū)動器采用壓電疊堆加電箝位，在運動過程中要求箝位機構(gòu)提供足夠大的箝位力，同時由于壓電疊堆的變形較小，接觸面的輕微變形就會影響箝位力，從而影響了直線型壓電驅(qū)動器的性能，為此對機械加工和裝配提出了很高的要求，影響了其推廣和應(yīng)用。
[0003]壓電驅(qū)動器近年來受到越來越多的國內(nèi)外學者的關(guān)注，發(fā)展形勢相當可觀，具有相當廣泛的應(yīng)用前景。相對于傳統(tǒng)的電磁型電機，該種直線型壓電驅(qū)動器不僅有壓電驅(qū)動器所具有的優(yōu)點，而且能夠?qū)崿F(xiàn)直線型電機中被驅(qū)動物體的直線運動，采用改進的箝位機構(gòu)實現(xiàn)斷電箝位，使得電機具有對機械加工和裝配要求低、驅(qū)動力大、可操控性高、制造成本較低、易于設(shè)計、結(jié)構(gòu)對稱、工作面多、功耗低、使用壽命長等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題
[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種夾持式直線型壓電驅(qū)動器，該壓電驅(qū)動器采用壓電疊堆作為驅(qū)動源，及采用特殊結(jié)構(gòu)的夾持裝置。有效的提高了壓電驅(qū)動器的控制精度，而且結(jié)構(gòu)簡單、易于裝配、可操控性強、抗干擾能力強。
[0006]技術(shù)方案
[0007]為了解決上述的技術(shù)問題，本實用新型的夾持式直線型壓電驅(qū)動器包括導軌、由第一支腳、第二支腳組成的支撐部、柔性彈片和壓電疊堆，支撐部用于支持導軌，其中，所述的柔性彈片設(shè)置于第一支腳和第二支腳之間并且兩端分別與第一支腳和第二支腳連接；所述的壓電疊堆嵌設(shè)于柔性彈片的開孔內(nèi)；所述的第一支腳具有與導軌相連接的第一支腳本體和延伸出第一支腳本體的第一、第二支撐腿，第一、第二支撐腿相對的表面分別設(shè)有第一、第二電磁鐵；所述的第二支腳具有與導軌相連接的第二支腳本體和延伸出第二支腳本體的第三、第四支撐腿，第三、第四支撐腿相對的表面分別設(shè)有第三、第四電磁鐵；所述的第一支腳本體和第二支腳本體與導軌之間可產(chǎn)生相對運動。其中，各支撐腿相對表面設(shè)置的電磁鐵未施加驅(qū)動電壓時處于自由狀態(tài)，電磁鐵之間不產(chǎn)生作用力的作用。
[0008]更進一步地，所述的柔性彈片的第一端通過第一螺栓固定在第一支腳本體上，其第二端通過第二螺栓固定在第二支腳本體上。[0009]更進一步地，所述的第一、第二螺栓與壓電疊堆相接觸的表面為球面。在緊固螺栓時，螺栓球面與壓電疊堆相接觸表面之間產(chǎn)生一沿螺栓軸向的摩擦作用力，為了加大其與壓電疊堆之間的摩擦力，螺栓與壓電疊堆相接觸的表面采用球面設(shè)計，有效的防止了壓電疊堆松動。
[0010]更進一步地，所述的壓電疊堆與第一、第二螺栓相接觸的端面分別涂有高性能的導電絕緣材料。
[0011]更進一步地，所述的第一支腳本體朝向?qū)к壍谋砻婢哂械谝?U形缺口，背離導軌的表面具有第二 U形缺口，第一 U形缺口與第二 U形缺口不連通并且通過第一連接橋連接；第二支腳本體朝向?qū)к壍谋砻婢哂械谌齍形缺口，背離導軌的表面具有第四U形缺口，第三U形缺口與第四U形缺口不連通并且通過第二連接橋連接。各支腳本體中，兩個U形缺口與其間的連接橋構(gòu)成一杠桿結(jié)構(gòu)，其中所述的連接橋相當于杠桿的支點。
[0012]更進一步地，所述的第一支腳本體和第二支腳本體之間設(shè)有預緊彈簧，所述預緊彈簧兩端分別通過固定螺栓固定在第一 U形缺口和第三U形缺口處，為第一 U形缺口和第三U形缺口兩側(cè)提供預緊力。
[0013]更進一步地，所述的導軌與第一 U形缺口和第三U形缺口對應(yīng)的位置設(shè)有凸塊。當本裝置處于原始狀態(tài)時，所述的凸塊內(nèi)嵌于第一 U形缺口和第三U形缺口中。由于預緊彈簧的作用，第一、第三U形缺口兩側(cè)壁對導軌的凸塊產(chǎn)生一壓力作用，從而將第一支腳、第二支腳自鎖于導軌的凸塊。
[0014]本實用新型技術(shù)方案的夾持式直線型壓電驅(qū)動器的具體工作過程如下:
[0015]當給所述的壓電疊堆持續(xù)施加驅(qū)動電壓時，壓電疊堆沿自身長度方向作伸縮運動，壓電疊堆對第一支腳、第二支腳產(chǎn)生一推力作用，從而帶動柔性彈片的伸縮運動。接著僅給第一支撐腿上設(shè)有的第一電磁鐵和第二支撐腿上的第二電磁鐵施加驅(qū)動電壓，第三支撐腿上設(shè)有的第三電磁鐵和第四支撐腿上設(shè)有的第四電磁鐵仍處于初始未工作狀態(tài)，施加有驅(qū)動電壓的第一電磁鐵和第二電磁鐵在其接觸面處產(chǎn)生一引力作用，第二 U形缺口在該作用力作用于向缺口內(nèi)收縮，該引力通過連接橋作用于第一U形缺口，第一U形缺口在該作用力的作用下向外擴張，使第一支腳與導軌的凸塊相脫離，使第一支腳處于解鎖狀態(tài)，解鎖狀態(tài)下的第一支腳在壓電疊堆的推力作用下向前運動，同時柔性彈片在該作用力的作用下發(fā)生伸長變形。接著停止對第一、第二電磁鐵施加驅(qū)動電壓，僅給第三支撐腿上設(shè)有的第三電磁鐵和第四支撐腿上設(shè)有的第四電磁鐵施加驅(qū)動電壓，斷電后的第一 I第二電磁鐵停止工作，則第一支腳在預緊彈簧的預緊力作用下自鎖于導軌，第三、第四電磁鐵獲得驅(qū)動電壓進入工作狀態(tài)，第三、第四電磁鐵對在其接觸面處產(chǎn)生一引力作用，該引力通過連接橋作用于第三U形缺口，第三U形缺口在該作用力的作用下向外擴張，使第二支腳與導軌的凸塊相脫離，處于解鎖狀態(tài)的第二支腳在壓電疊堆的推力及處于伸長狀態(tài)的柔性彈片的伸張力的作用下向前運動。通過控制電路給該直線電機如此循環(huán)施加驅(qū)動信號，就可以實現(xiàn)該壓電驅(qū)動器的直線運動。
[0016]本實用新型技術(shù)方案的夾持式直線型壓電驅(qū)動器亦可采用更簡化的方案，即將第二電磁鐵、第四電磁鐵替換為金屬塊，利用驅(qū)動電壓使第二、第四電磁鐵產(chǎn)生磁性，對金屬塊產(chǎn)生弓I力作用，從而驅(qū)動導軌運動。
[0017]通過更換不同功率的壓電疊堆及控制驅(qū)動電壓，可以實現(xiàn)對該直線型壓電驅(qū)動器的輸出驅(qū)動力矩大小的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)該種直線型壓電驅(qū)動器在各種場合的應(yīng)用。
[0018]有益效果
[0019]本實用新型技術(shù)方案的夾持式直線型壓電驅(qū)動器采用壓電疊堆作為驅(qū)動源及特殊結(jié)構(gòu)的夾持裝置，具有斷電自鎖功能，而且能夠?qū)崿F(xiàn)被驅(qū)動物體的直線運動。該種結(jié)構(gòu)的直線型壓電驅(qū)動器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小易于微型化、抗干擾能力強、安裝方便、可操作性強及可調(diào)范圍廣等優(yōu)點，有助于直線型壓電驅(qū)動器在現(xiàn)實領(lǐng)域的應(yīng)用，推進了壓電驅(qū)動器的的發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的夾持式直線運動壓電驅(qū)動器支腳結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實用新型的夾持式直線運動壓電驅(qū)動器壓電疊堆示意圖；
[0022]圖3為本實用新型的夾持式直線運動壓電驅(qū)動器柔性彈片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4(a)為本實用新型的夾持式直線運動壓電驅(qū)動器的第一實施例裝配主視圖；
[0024](b)為本實用新型的夾持式直線運動壓電驅(qū)動器的第一實施例裝配左視圖；圖5為本實用新型的夾持式直線運動壓電驅(qū)動器的第二實施例示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行進一步說明。
[0026]實施例一:
[0027]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例的夾持式直線運動壓電驅(qū)動器包括導軌1、由第一支腳4、第二支腳9組成的支撐部3、柔性彈片6和壓電疊堆7，其中，所述的柔性彈片6設(shè)置于第一支腳4和第二支腳9之間并且兩端分別與第一支腳4和第二腳9連接；所述的壓電疊堆7嵌設(shè)于柔性彈片6的開孔內(nèi)；所述的第一支腳4具有與導軌I相連接的第一支腳本體41和延伸出第一支腳本體41的第一支撐腿411、第二支撐腿411’，第一支撐腿411、第二支撐腿411’相對的左表面310和右表面311分別設(shè)有第一電磁鐵12、第二電磁鐵15 ;所述的第二支腳9具有與導軌I相連接的第二支腳本體91和延伸出第二支腳本體91的第三支撐腿911、第四支撐腿911’，第三支撐腿911、第四支撐腿911’相對的左表面310’和右表面311’分別設(shè)有第三電磁鐵12’、第四電磁鐵15’ ；各電磁鐵通過內(nèi)六角螺栓11安裝在各支撐腿上的安裝孔38內(nèi)；所述的第一支腳本體41和第二支腳本體91與導軌I之間可產(chǎn)生相對運動。
[0028]如圖3所示，本實施例的柔性彈片6采用彈性強度高的金屬材料或者高分子材料加工制作，其中間連接部分設(shè)有一些特定形狀的通孔62，如圓形、橢圓形或者類似的其他形狀；柔性彈片6的第一端面61及第二端面63分別設(shè)有螺紋孔，如圖3、圖4(a)所示，其第一端面61通過螺栓連接方式固定于第一支腳本體41，第二端面63通過螺栓連接方式固定于第二支腳本體91。
[0029]如圖4(a)所示，所述的第一螺栓2和第二螺栓2’與壓電疊堆7相接觸的表面為球面。
[0030]如圖2所示，所述的壓電疊堆7與第一螺栓2和第二螺栓2’相接觸的兩個端面71,73分別涂有高性能的導電絕緣材料。所述的壓電疊堆7上表面72覆蓋有易導電介質(zhì)層，壓電疊堆7通電時沿長度方向極化，沿自身長度方向作伸縮運動，壓電疊堆7數(shù)量為大于或等于I的自然數(shù)。
[0031]如圖1、圖4所示，所述的第一支腳本體41朝向?qū)к塈的表面具有第一 U形缺口35，背離導軌I的表面具有第二 U形缺口 39，第一 U形缺口 35與第二 U形缺口 39不連通并且通過第一連接橋37連接；第二支腳本體91朝向?qū)к塈的表面具有第三U形缺口 35’，背離導軌I的表面具有第四U形缺口 39’，第三U形缺口 35’與第四U形缺口 39’不連通并且通過第二連接橋37’連接。第一支腳4、第二支腳9朝向?qū)к壍谋砻?3涂有一層能夠自潤滑的材料如潤滑油。
[0032]如圖1、圖4所示，所述的第一支腳本體41和第二支腳本體91之間設(shè)有預緊彈簧5，所述預緊彈簧5兩端分別通過固定螺栓8固定于第一 U形缺口 35和第三U形缺口 35’處的螺紋孔36，36’內(nèi)，為第一 U形缺口 35和第三U形缺口 35’兩側(cè)提供預緊力。
[0033]如圖4(b)所示，所述的導軌I與第一 U形缺口 35和第三U形缺口 35’對應(yīng)的位置設(shè)有凸塊13。
[0034]當未施加驅(qū)動電壓時，電磁鐵12、12’及電磁鐵15、15’之間不產(chǎn)生作用力，當施加驅(qū)動電壓時，電磁鐵12、12’及電磁鐵15、15’在接觸面處產(chǎn)生的磁性相異，電磁鐵12及電磁鐵12’之間產(chǎn)生一引力作用，支腳本體上的U形缺口受到該引力的作用變形，與導軌I上的凸塊13產(chǎn)生相互作用，在鎖定與解鎖的狀態(tài)之間交替變換，交替地對電磁鐵12、12’及電磁鐵15、15’施加驅(qū)動電壓，則可從而帶動導軌進行直線運動。
[0035]實施例二:
[0036]如圖5所示，提供了另一種實施例的夾持式直線運動壓電驅(qū)動器，其結(jié)構(gòu)與實施例一大部分相同，不同的是各支撐腿上的電磁鐵設(shè)置有所不同，即各設(shè)置有電磁鐵512、512’和對應(yīng)的金屬塊515、515’，對電磁鐵512、512’施加驅(qū)動電壓時，電磁鐵512、512’和對應(yīng)的金屬塊515、515’之間產(chǎn)生引力作用，同樣起到對導軌產(chǎn)生驅(qū)動力的效果。所述的金屬塊515、515’采用鐵、鈷、鎳等導磁性強的材料加工制作。
【權(quán)利要求】
1.一種夾持式直線型壓電驅(qū)動器,其特征在于,包括導軌(I)、由第一支腳(4)、第二支腳(9)組成的支撐部(3)、柔性彈片(6)和壓電疊堆(7)，其中，所述的柔性彈片(6)設(shè)置于第一支腳(4)和第二支腳(9)之間并且兩端分別與第一支腳(4)和第二支腳(9)連接；所述的壓電疊堆(7)嵌設(shè)于柔性彈片(6)的開孔內(nèi)；所述的第一支腳(4)具有與導軌(I)相連接的第一支腳本體(41)和延伸出第一支腳本體(41)的第一、第二支撐腿(411，411’)，第一、第二支撐腿(411，411’)相對的表面分別設(shè)有第一、第二電磁鐵；所述的第二支腳(9)具有與導軌(I)相連接的第二支腳本體(91)和延伸出第二支腳本體(91)的第三、第四支撐腿(911，911’)，第三、第四支撐腿(911，911’)相對的表面分別設(shè)有第三、第四電磁鐵；所述的第一支腳本體(41)和第二支腳本體(91)與導軌(I)之間可產(chǎn)生相對運動。
2.如權(quán)利要求1所述的夾持式直線型壓電驅(qū)動器，其特征在于，所述的柔性彈片(6)的第一端通過第一螺栓(2)固定在第一支腳本體(41)上，其第二端通過第二螺栓(2’)固定在第二支腳本體(91)上。
3.如權(quán)利要求2所述的夾持式直線型壓電驅(qū)動器，其特征在于，所述的第一、第二螺栓(2，2’)與壓電疊堆(7)相接觸的表面為球面。
4.如權(quán)利要求3所述的夾持式直線型壓電驅(qū)動器，其特征在于，所述的壓電疊堆(7)與第一、第二螺栓(2，2’)相接觸的兩個端面(71、73)分別涂有高性能的導電絕緣材料。
5.如權(quán)利要求1所述的夾持式直線型壓電驅(qū)動器，其特征在于，所述的第一支腳本體(41)朝向?qū)к?I)的表面具有第一 U形缺口(35),背離導軌(I)的表面具有第二 U形缺口(39)，第一 U形缺口(35)與第二 U形缺口(39)不連通并且通過第一連接橋(37)連接；第二支腳本體(91)朝向?qū)к?I)的表面具有第三U形缺口(35’)，背離導軌(I)的表面具有第四U形缺口(39’)，第三U形缺口(35’)與第四U形缺口(39’ )不連通并且通過第二連接橋(37’)連接。
6.如權(quán)利要求1所述的夾持式直線型壓電驅(qū)動器，其特征在于，所述的第一支腳本體(41)和第二支腳本體(91)之間設(shè)有預緊彈簧(5)，所述預緊彈簧(5)兩端分別通過固定螺栓(8)固定于第一 U形缺口(35)和第三U形缺口(35’ )處的螺紋孔(36，36’ )內(nèi)，為第一 U形缺口(35)和第三U形缺口(35’)兩側(cè)提供預緊力。
7.如權(quán)利要求5或6任一項所述的夾持式直線型壓電驅(qū)動器，其特征在于，所述的導軌(I)與第一 U形缺口( 35 )和第三U形缺口( 35 ’)對應(yīng)的位置設(shè)有凸塊(13 )，所述的凸塊(13)可以內(nèi)嵌于第一 U形缺口(35)和第三U形缺口(35’)。
【文檔編號】H02N2/04GK203554327SQ201320463563
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】潘松, 曹炳鑫, 張建輝, 黃衛(wèi)清 申請人:南京航空航天大學