CN102931800A - 一种利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器 - Google Patents
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Abstract
一种利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器，衬底和第一输出杆一体机构与第一电磁铁连接，第一电磁铁与第一弹簧连接，第一弹簧另一端和与矩形的作动器外壳的壁紧贴的第一衔铁连接，第一电磁铁与第一衬底连接，压电堆两端分别嵌入第一衬底和第二衬底的凹槽内，第一衬底与第二衬底通过弹簧片连接，第二衬底与第二电磁铁连接，第二电磁铁与第二弹簧连接，第二弹簧另一端和与截面为矩形的作动器外壳的壁紧贴的第二衔铁连接，第二电磁铁与衬底和第二输出杆一体机构连接；对电磁铁通或断电，衔铁未锁止或锁止，输出微位移，压电堆通电或断电，推动作动器输出正向微位移和推力或拉动作动器输出负向微位移和拉力；实现双向位置控制大位移输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种微位移磁、压电作动器，具体涉及一种利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器。
背景技术
作动器作为一种具有输出位移和力的动力装置被广泛应用于科学研究和工业领域，其潜在的经济效应十分显著，作动器的设计和研制已受到高度重视。但是，现有的压电作动器存在如下问题：一，压电作动器实现位移作动一般由压电堆、机械结构、弹簧及输出机构一起构成一个作动系统，共同完成工作，为保持输出位移需持续供电，且供电电压一般较高；二，为实现大位移一般采用压电锁止，然而锁止也需对压电持续供电，且供电电压一般较高，很不经济实用；三，实验和工作过程中，需要保证较高压电供电电压很不方便，效率低下。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器，作动器中电磁力实现作动器的输出位移控制，结构紧凑，安装方便，操作简单，适用范围很广。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器，在截面为矩形的作动器外壳13的内部依次为：衬底和第一输出杆一体机构1与第一电磁铁2通过螺纹连接，第一电磁铁2与第一弹簧3一端连接，第一弹簧3另一端与第一衔铁4连接，第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，第一电磁铁2另一端与第一衬底5通过螺纹连接，压电堆6一端嵌入第一衬底5凹槽内，压电堆6另一端嵌入第二衬底8的凹槽内，第一衬底5与第二衬底8通过弹簧片7连接，第二衬底8另一端与第二电磁铁9通过螺纹连接，第二电磁铁9另一端与第二弹簧10一端连接，第二弹簧10另一端与第二衔铁11连接，第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，第二电磁铁9与衬底和第二输出杆一体机构12通过螺纹连接，衬底和第一输出杆一体机构1与衬底和第二输出杆一体机构12的输出杆均伸出截面为矩形的作动器外壳13。
优选衬底和第一输出杆一体机构1、第一衬底5、第二衬底8以及衬底和第二输出杆一体机构12的材料均为非导磁材料。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、第一电磁铁2未通电，压电堆6未通电，第二电磁铁9未通电，第一衔铁4、第二衔铁11在第一弹簧3、第二弹簧10作用下与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴锁止。
2、第一电磁铁2未通电，第一衔铁4在第一弹簧3作用下与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴锁止；第二电磁铁9通电产生电磁力，在电磁力作用下第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁脱离紧贴，未锁止；压电堆6通电，推动第二衬底8、第二电磁铁9、第二弹簧10、第二衔铁11以及衬底和第二输出杆一体机构12运动，衬底和第二输出杆一体机构12输出正向的微位移和推力。
3、第二电磁铁9断电，在第二弹簧10弹力作用下第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，锁止；衬底和第二输出杆一体机构12输出正向的微位移固定不变。第一电磁铁2通电产生电磁力，在电磁力作用下第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁脱离紧贴，未锁止；压电堆6断电，拉动衬底和第一输出杆一体机构1、第一电磁铁2、第一弹簧3、第一衔铁4以及第一衬底5运动，衬底和第一输出杆一体机构1输出负向的微位移和拉力。
4、第一电磁铁2断电，在第一弹簧3弹力作用下第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，锁止；衬底和第一输出杆一体机构1输出负向的微位移固定不变。
5、重复上述2、3、4，假设截面为矩形的作动器外壳13无限长，衬底和第二输出杆一体机构12将输出无限大正向的大位移,衬底和第一输出杆一体机构1将输出无限大负向的大位移。
6、第二电磁铁9未通电，第二衔铁11在第二弹簧10作用下与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴锁止；第一电磁铁2通电产生电磁力，在电磁力作用下第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁脱离紧贴，未锁止；压电堆6通电，推动第一衬底5、第一电磁铁2、第一弹簧3、第一衔铁4以及衬底和第一输出杆一体机构1运动，衬底和第一输出杆一体机构1输出正向的微位移和推力。
7、第一电磁铁2断电，在第一弹簧3弹力作用下第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，锁止；衬底和第一出杆一体机构1输出正向的微位移固定不变。第二电磁铁9通电产生电磁力，在电磁力作用下第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁脱离紧贴，未锁止；压电堆6断电，拉动衬底和第二输出杆一体机构12、第二电磁铁9、第二弹簧10、第二衔铁11以及第二衬底8运动，衬底和第二输出杆一体机构12输出负向的微位移和拉力。
8、第二电磁铁9断电，在第二弹簧10弹力作用下第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，锁止；衬底和第二输出杆一体机构12输出负向的微位移固定不变。
9、重复上述6、7、8，假设截面为矩形的作动器外壳13无限长，衬底和第一输出杆一体机构1将输出无限大正向的大位移,衬底和第二输出杆一体机构12将输出无限大负向的大位移。
附图说明
图1为本发明利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器结构示意图。
图2为本发明利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器部分结构示意图，其中图2(a)为第一衬底5结构示意图；图2(b)为衬底和第一输出杆一体机构1结构示意图；图2(c)为第一电磁铁2、第一弹簧3和第一衔铁4连接结构示意图；图2(d)为第二电磁铁9、第二弹簧10和第二衔铁11连接结构示意图；图2(e)为第二衬底8结构示意图；图2(f)为衬底和二输出杆一体机构12结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明一种利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器，在截面为矩形的作动器外壳13的内部依次为：衬底和第一输出杆一体机构1与第一电磁铁2通过螺纹连接，第一电磁铁2与第一弹簧3一端连接，第一弹簧3另一端与第一衔铁4连接，第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，第一电磁铁2另一端与第一衬底5通过螺纹连接，压电堆6一端嵌入第一衬底5凹槽内，压电堆6另一端嵌入第二衬底8的凹槽内，第一衬底5与第二衬底8通过弹簧片7连接，第二衬底8另一端与第二电磁铁9通过螺纹连接，第二电磁铁9另一端与第二弹簧10一端连接，第二弹簧10另一端与第二衔铁11连接，第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，第二电磁铁9与衬底和第二输出杆一体机构12通过螺纹连接，衬底和第一输出杆一体机构1与衬底和第二输出杆一体机构12的输出杆均伸出截面为矩形的作动器外壳13。本实施例中衬底和第一输出杆一体机构1、第一衬底5、第二衬底8、衬底和第二输出杆一体机构12加工所用材料均为非导磁材料。
如图1所示，本发明的工作原理为：第一电磁铁2未通电，压电堆6未通电，第二电磁铁9未通电，第一衔铁4、第二衔铁11在第一弹簧3、第二弹簧10作用下与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴锁止。
第一电磁铁2未通电，第一衔铁4在第一弹簧3作用下与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴锁止；第二电磁铁9通电产生电磁力，在电磁力作用下第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁脱离紧贴，未锁止；压电堆6通电，推动第二衬底8、第二电磁铁9、第二弹簧10、第二衔铁11以及衬底和第二输出杆一体机构12运动，衬底和第二输出杆一体机构12输出正向的微位移和推力。
第二电磁铁9断电，在第二弹簧10弹力作用下第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，锁止；衬底和第二输出杆一体机构12输出正向的微位移固定不变。第一电磁铁2通电产生电磁力，在电磁力作用下第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁脱离紧贴，未锁止；压电堆6断电，拉动衬底和第一输出杆一体机构1、第一电磁铁2、第一弹簧3、第一衔铁4以及第一衬底5运动，衬底和第一输出杆一体机构1输出负向的微位移和拉力。
第一电磁铁2断电，在第一弹簧3弹力作用下第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，锁止；衬底和第一输出杆一体机构1输出负向的微位移固定不变。
如此往复，假设截面为矩形的作动器外壳13无限长，衬底和第二输出杆一体机构12将输出无限大正向的大位移,衬底和第一输出杆一体机构1将输出无限大负向的大位移。
第二电磁铁9未通电，第二衔铁11在第二弹簧10作用下与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴锁止；第一电磁铁2通电产生电磁力，在电磁力作用下第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁脱离紧贴，未锁止；压电堆6通电，推动第一衬底5、第一电磁铁2、第一弹簧3、第一衔铁4以及衬底和第一输出杆一体机构1运动，衬底和第一输出杆一体机构1输出正向的微位移和推力。
第一电磁铁2断电，在第一弹簧3弹力作用下第一衔铁4与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，锁止；衬底和第一出杆一体机构1输出正向的微位移固定不变。第二电磁铁9通电产生电磁力，在电磁力作用下第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁脱离紧贴，未锁止；压电堆6断电，拉动衬底和第二输出杆一体机构12、第二电磁铁9、第二弹簧10、第二衔铁11以及第二衬底8运动，衬底和第二输出杆一体机构12输出负向的微位移和拉力。
第二电磁铁9断电，在第二弹簧10弹力作用下第二衔铁11与截面为矩形的作动器外壳13的壁紧贴，锁止；衬底和第二输出杆一体机构12输出负向的微位移固定不变。
如此往复，假设截面为矩形的作动器外壳13无限长，衬底和第一输出杆一体机构1将输出无限大正向的大位移,衬底和第二输出杆一体机构12将输出无限大负向的大位移。
Claims (2)
1.一种利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器，其特征在于：在截面为矩形的作动器外壳（13）的内部依次为：衬底和第一输出杆一体机构（1）与第一电磁铁（2）通过螺纹连接，第一电磁铁（2）与第一弹簧（3）一端连接，第一弹簧（3）另一端与第一衔铁（4）连接，第一衔铁（4）与截面为矩形的作动器外壳（13）的壁紧贴，第一电磁铁（2）另一端与第一衬底（5）通过螺纹连接，压电堆（6）一端嵌入第一衬底（5）凹槽内，压电堆（6）另一端嵌入第二衬底（8）的凹槽内，第一衬底（5）与第二衬底（8）通过弹簧片（7）连接，第二衬底（8）另一端与第二电磁铁（9）通过螺纹连接，第二电磁铁（9）另一端与第二弹簧（10）一端连接，第二弹簧（10）另一端与第二衔铁（11）连接，第二衔铁（11）与截面为矩形的作动器外壳（13）的壁紧贴，第二电磁铁（9）与衬底和第二输出杆一体机构（12）通过螺纹连接，衬底和第一输出杆一体机构（1）与衬底和第二输出杆一体机构（12）的输出杆均伸出截面为矩形的作动器外壳（13）。
2.根据权利要求1所述的利用电磁力进行位置控制的双向大位移压电作动器，其特征在于：所述衬底和第一输出杆一体机构（1）、第一衬底（5）、第二衬底（8）以及衬底和第二输出杆一体机构（12）的材料均为非导磁材料。
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