CN101123404A - 基于切向变形的钹型驱动器及其驱动方法 - Google Patents

基于切向变形的钹型驱动器及其驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于切向变形的钹型驱动器，包括压电元件和上、下金属弹性体，所述压电元件为双层圆环型结构，所述金属弹性体为半钹型，压电元件的上侧和上金属弹性体的底面相连接，下侧和下金属弹性体的底面相连接，压电元件的双圆环之间连接有信号输入线，压电元件与上金属弹性体之间连接有地线，压电元件与下金属弹性体之间连接有另一地线；亦公开了前述钹型驱动器的驱动方法。本驱动器将传统的位移驱动的电源部分、执行机构制成一体，具有位移量大、刚度高、工作可靠、结构简单、体积小、微薄型、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰、精度和分辨率高等优点，适用于光学、电子等需要精密位移的机械系统。

Description

基于切向变形的钹型驱动器及其驱动方法
技术领域
本发明涉及利用压电效应的微型机械，尤其涉及一种基于切向变形的钹型驱动器及其驱动方法。
背景技术
目前已有的钹型驱动器中，通常由压电陶瓷圆盘和半钹型金属弹性体构成的钹型复合层结构，该钹型复合层结构中压电陶瓷通常沿轴向极化，压电陶瓷轴向受激励变形后，根据压电陶瓷压电系数中的d33与d31的关系，沿轴向位移变形d33转换成陶瓷圆盘的径向位移变形d31，而陶瓷圆盘的径向位移变形又引起钹型结构的金属弹性体沿轴向的位移变形。但由于d31仅仅为d33的1/2～1/3，根据d31与d33的关系，压电陶瓷圆盘的径向位移变形仅为轴向位移变形的1/2～1/3，因此难于实现钹型结构的金属弹性体沿轴向的较大的变形，位移量小，位移转换效率低。
发明内容
本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、位移量较大的基于切向变形的钹型驱动器。
本发明的另一目的在于提供基于切向变形的钹型驱动器的驱动方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：基于切向变形的钹型驱动器，包括压电元件和上、下金属弹性体，其特征在于：所述压电元件为双层圆环型结构，所述金属弹性体为半钹型，压电元件的上侧和上金属弹性体的底面相连接，下侧和下金属弹性体的底面相连接，压电元件的双圆环之间连接有信号输入线，压电元件与上金属弹性体之间连接有地线，压电元件与下金属弹性体之间连接有另一地线。
所述压电元件为双层圆环型压电陶瓷片，圆环型压电陶瓷片沿径向极化。
所述压电元件的两个圆环型压电陶瓷片通过环氧树脂互相贴合。
所述压电元件的上侧和上金属弹性体的底面通过环氧树脂相互贴合，下侧和下金属弹性体的底面通过环氧树脂相互贴合。
所述信号输入线焊接于双圆环之间，地线焊接于压电元件与上金属弹性体之间，另一地线焊接于压电元件与下金属弹性体之间。
上述的基于切向变形的钹型驱动器的驱动方法，其特征在于：所述信号输入线输入激励，压电元件产生逆压电效应，根据压电元件压电系数中的d15与d33的关系，d15为d33的3～5倍，压电元件将轴向位移变形d33放大为切向位移变形d15，并将切向位移变形d15累加到上、下半钹型金属弹性体的轴向位移变形上，上、下半钹型金属弹性体输出轴向位移。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：本发明对压电元件进行创新设计，采用半钹型结构的金属弹性体和沿径向极化的双层圆环型压电陶瓷片构成基于切向变形的钹型驱动器。根据压电陶瓷压电系数中的d15与d33的关系，d15通常为d33的3～5倍，双层圆环型压电陶瓷片将轴向位移变形d33进一步放大为切向位移变形d15，并将切向位移变形d15累加到上、下金属弹性体的轴向位移变形上，压电转换效率大为提高，使上、下金属弹性体具有更大的轴向位移输出。
本基于切向变形的钹型驱动器是一种新型微位移驱动装置，在交变电流的作用下，利用压电陶瓷片的逆压电效应驱动，钹型驱动器的上、下金属弹性体产生较大的轴向位移变形。通过改变输入电压的频率或幅值将改变上、下金属弹性体的轴向位移变形。本驱动器将传统的位移驱动的电源部分、执行机构制成一体，具有位移量大、刚度高、工作可靠、结构简单、体积小、微薄型、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰、精度和分辨率高等优点，适用于光学、电子等需要精密位移的机械系统。
附图说明
图1是本发明基于切向变形的钹型驱动器的纵向剖视图。
图2是图1所示钹型驱动器的俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1和图2所示的一种基于切向变形的钹型驱动器，包括压电元件3、5和上、下半钹型金属弹性体1、7，所述压电元件3、5为双层圆环型压电陶瓷片，圆环型压电陶瓷片沿径向极化，两个圆环型压电陶瓷片通过环氧树脂互相贴合，尺寸皆为40mm×30mm×2mm。压电元件3的上圆环面和上金属弹性体1的底面通过环氧树脂相互贴合，压电元件5的下圆环面和下金属弹性体7的底面通过环氧树脂相互贴合，压电元件3、5的双圆环之间焊接有信号输入线4，压电元件3与上金属弹性体1之间焊接有地线2，压电元件5与下金属弹性体7之间焊接有另一地线6。
压电元件3、5的双圆环面之间的信号输入线4输入激励(交变电流)时，在径向极化的作用下，利用压电陶瓷片的逆压电效应驱动，根据压电陶瓷压电系数中的d15与d33的关系，d15通常为d33的3～5倍，双层圆环型压电陶瓷片将轴向位移变形d33进一步放大为切向位移变形d15，并将切向位移变形d15累加到上、下半钹型金属弹性体1、7的轴向位移变形上，上、下半钹型金属弹性体1、7输出轴向位移。通过改变输入电压的频率或幅值将改变上、下半钹型金属弹性体1、7的轴向位移变形。本驱动器适用于光学、电子等需要精密位移的机械系统。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于切向变形的钹型驱动器，包括压电元件和上、下金属弹性体，其特征在于：所述压电元件为双层圆环型结构，所述金属弹性体为半钹型，压电元件的上侧和上金属弹性体的底面相连接，下侧和下金属弹性体的底面相连接，压电元件的双圆环之间连接有信号输入线，压电元件与上金属弹性体之间连接有地线，压电元件与下金属弹性体之间连接有另一地线。
2.根据权利要求1所述的基于切向变形的钹型驱动器，其特征在于：所述压电元件为双层圆环型压电陶瓷片，圆环型压电陶瓷片沿径向极化。
3.根据权利要求2所述的基于切向变形的钹型驱动器，其特征在于：所述压电元件的两个圆环型压电陶瓷片通过环氧树脂互相贴合。
4.根据权利要求1所述的基于切向变形的钹型驱动器，其特征在于：所述压电元件的上侧和上金属弹性体的底面通过环氧树脂相互贴合，下侧和下金属弹性体的底面通过环氧树脂相互贴合。
5.根据权利要求1所述的基于切向变形的钹型驱动器，其特征在于：所述信号输入线焊接于双圆环之间，地线焊接于压电元件与上金属弹性体之间，另一地线焊接于压电元件与下金属弹性体之间。
6.根据权利要求1所述的基于切向变形的钹型驱动器的驱动方法，其特征在于：所述信号输入线输入激励，压电元件产生逆压电效应，压电元件将轴向位移变形放大为切向位移变形，并将切向位移变形累加到上、下半钹型金属弹性体的轴向位移变形上，上、下半钹型金属弹性体输出轴向位移。
7.根据权利要求6所述的基于切向变形的钹型驱动器的驱动方法，其特征在于：所述压电元件为双层圆环型压电陶瓷片，圆环型压电陶瓷片沿径向极化。
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