CN102983777B - 级联放大式可调步长压电作动器 - Google Patents

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Abstract

一种级联放大式可调步长压电作动器，包括外部位移放大机构、套入外部位移放大机构内并和其固定的内部位移放大机构，以及置于外部位移放大机构内或置于外部位移放大机构和内部位移放大机构间的压电堆，外部位移放大机构和内部位移放大机构相互垂直放置；本发明通过外部位移放大机构和内部位移放大机构相耦合，通电后压电堆端部沿x方向产生位移，该位移经过外部位移放大机构放大后在Y方向输出，Y方向的位移又被传递到内部位移放大机构上加以放大，并在Z方向输出，这样在XYZ三个方向上都可输出位移，而且Z方向的位移相比X方向被放大了两次，因此在Z方向上具有较大的位移输出；同时本发明结构简单，体积小重量轻。

Description

级联放大式可调步长压电作动器
技术领域
本发明涉及一种压电作动器，具体涉及一种级联放大式可调步长压电作动器。
背景技术
作动器在人类生活的各个方面有极其广泛的应用，在某些领域中（比如航天，医疗领域）往往要求作动器能够兼具大小步长的输出，即要求作动器不但具有较大的作动范围，同时输出的位移具有较高的分辨率，而且要求结构简单，体积小，重量轻。但是传统的压电作动器难以兼具上述特点。
发明内容
为解决上述现有技术问题，本发明的目的在于提供一种级联放大式可调步长压电作动器，不但能够在较大范围内输出位移，同时输出的位移又具有较高的分辨率。而且结构简单，体积小，重量轻。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种级联放大式可调步长压电作动器，包括外部位移放大机构1、套入外部位移放大机构1内并和其固定的内部位移放大机构2，以及置于外部位移放大机构1内或置于外部位移放大机构1和内部位移放大机构2间的压电堆，所述外部位移放大机构1和内部位移放大机构2相互垂直放置。
所述外部位移放大机构1和内部位移放大机构2为菱形框架结构。
所述外部位移放大机构1的短轴与内部位移放大机构2的长轴相重合，第一压电堆3两端分别与外部位移放大机构1的长轴两端相连接，第二压电堆4和第三压电堆5分别将内部位移放大机构2的长轴两端与外部位移放大机构1的短轴两端相连接，各压电堆始终处于受压状态。
所述外部位移放大机构1的框架厚度比内部位移放大机构2的框架厚度厚。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过外部位移放大机构和内部位移放大机构相耦合，第一压电堆通电后使得外部位移放大机构长轴长度增加，这导致外部位移放大机构的短轴长度减小，而且短轴长度的变化量相对于长轴长度的变化量按倍数被加以放大。如果此时第二和第三压电堆不通电，则外部位移放大机构短轴长度的变化被完全传递到内部位移放大机构的长轴上，导致其长轴长度被缩小。而内部位移放大机构长轴长度的缩小又导致其短轴长度增加，而且短轴长度的增加量按倍数被放大。这样内部位移放大机构的短轴长度增加量相对于压电堆的伸长量被放大了两次，因此具有较大的位移输出。当第二和第三压电堆通电时，由于外部位移放大机构的刚度远大于内部位移放大机构，第二和第三压电堆的伸长将导致内部位移放大机构的短轴长度减小，从而使得内部位移放大机构沿其长轴方向输出位移。同时由于第二和第三压电堆的尺寸较小，因此输出的位移具有较高的分辨率，即该作动器沿内部位移放大机构的长轴方向输出的位移不但具有较大的范围而且具有较高的分辨率。
附图说明
附图为本发明结构示意图。
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。
如附图所示，本发明实施例一种级联放大式可调步长压电作动器，包括菱形框架结构的外部位移放大机构1和内部位移放大机构2，内部位移放大机构2套入外部位移放大机构1内，外部位移放大机构1和水平面平行，内部位移放大机构2的短轴和水平面垂直，外部位移放大机构1的短轴与内部位移放大机构2的长轴相重合，第一压电堆3两端分别与外部位移放大机构1的长轴两端相连接，第二压电堆4和第三压电堆5分别将内部位移放大机构2的长轴两端与外部位移放大机构1的短轴两端相连接，各压电堆始终处于受压状态。
本实施例一种三轴压电作动器的工作原理是：大尺寸压电堆3通电后使得外部位移放大机构1长轴长度增加，这导致外部位移放大机构1的短轴长度减小，而且短轴长度的变化量相对于长轴长度的变化量按倍数被加以放大。如果此时第二和第三压电堆不通电，则外部位移放大机构1短轴长度的变化被完全传递到内部位移放大机构2的长轴上，导致其长轴长度被缩小。而内部位移放大机构2长轴长度的缩小又导致其短轴长度增加，而且短轴长度的增加量按倍数被放大。这样内部位移放大机构2的短轴长度增加量相对于压电堆的伸长量被放大了两次，因此具有较大的位移输出。当第二和第三压电堆通电时，由于外部位移放大机构的刚度远大于内部位移放大机构2，第二和第三压电堆的伸长将导致内部位移放大机构的短轴长度减小，从而使得内部位移放大机构沿其长轴方向输出位移。同时由于第二和第三压电堆的尺寸较小，因此输出的位移具有较高的分辨率，即该作动器沿内部位移放大机构2的长轴方向输出的位移不但具有较大的范围而且具有较高的分辨率。

Claims (2)

1.一种级联放大式可调步长压电作动器，包括外部位移放大机构（1）、套入外部位移放大机构（1）内并和其固定的内部位移放大机构（2），以及置于外部位移放大机构（1）内或置于外部位移放大机构（1）和内部位移放大机构（2）间的压电堆，所述外部位移放大机构（1）和内部位移放大机构（2）相互垂直放置；所述外部位移放大机构（1）和内部位移放大机构（2）为菱形框架结构；其特征在于：所述外部位移放大机构（1）的短轴与内部位移放大机构（2）的长轴相重合，第一压电堆（3）两端分别与外部位移放大机构（1）的长轴两端相连接，第二压电堆（4）和第三压电堆（5）分别将内部位移放大机构（2）的长轴两端与外部位移放大机构（1）的短轴两端相连接，各压电堆始终处于受压状态。
2.根据权利要求1所述的一种级联放大式可调步长压电作动器，其特征在于：所述外部位移放大机构（1）的框架厚度比内部位移放大机构（2）的框架厚度厚。
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