CN110190776B - 压电作动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了压电作动器，它设计有第一动台和第二动台两个输出机构，利用两组叠层压电陶瓷的摩擦耦合作动，能够实现一个方向上的双向主动位移输出目标，同时也能输出满足平台运动所需要的力。
Description
技术领域
本发明涉及驱动器技术领域，尤其涉及一种压电作动器。
背景技术
压电作动器是利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为机械能输出的装置。叠层式压电陶瓷是将多片压电陶瓷堆叠，采用电路并联方式制成的集成元件。叠层式压电陶瓷可以在较小的电压激励下输出较大的位移。由于其体积小，输出推力大而被广泛应用。尽管叠层式压电陶瓷能输出较大推力，但压电陶瓷受自身尺寸大小限制，因此其直接输出位移很小，一般仅为纳米级，想要达到大行程的位移输出成了压电作动器设计的关键技术。中国专利数据库公开了公开号为CN103701358A，名称为配重式变接触力压电电机的发明申请，它运用变接触配重驱动电机，它实质涉及的是直线电机，且存在有如下不足：无法实现大推力、大行程及双向运动，而且不具有断电自锁功能。
发明内容
本发明提供了压电作动器，其克服了背景技术中压电作动器所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
压电作动器，包括第一动台、第二动台、第一叠层压电陶瓷、第二叠层压电陶瓷、配重部、压块、第一弹性元件、第二弹性元件和第三弹性元件；所述第一动台能沿第一方向活动；所述第一叠层压电陶瓷输出运动方向为垂直于第一方向的第二方向，所述第一叠层压电陶瓷第一端与压块连接，第二端经第二弹性元件与配重部连接，配重部另一端连接第一弹性元件，在第一弹性元件作用下压块压在第一动台；所述第二动台活动方向沿第一方向，第二动台第一端通过第三弹性元件与第一动台连接，第二端与第二叠层压电陶瓷连接。
一实施例之中：所述第一弹性元件、配重部、第二弹性元件、第一叠层压电陶瓷和压块沿第一方向布置。
一实施例之中：所述第三弹性元件、第二动台和第二叠层压电陶瓷沿第二方向布置。
一实施例之中：所述第一方向水平布置，第二方向竖直布置。
一实施例之中：所述第二动台活动连接在第一动台。
一实施例之中：所述压块沿第二方向运动。
一实施例之中：还包括限位机构，所述压块连接限位机构，通过限位机构限制压块沿第二方向活动。
一实施例之中：所述第一弹性元件连接在固定部上。
一实施例之中：所述第二动台由水平导向机构支撑，所述第一动台整体由水平导向机构支撑。
一实施例之中：所述第一叠层压电陶瓷与第二叠层压电陶瓷分别连接频率相同并且相位差为90度的两相正弦波电压信号，通过正弦波电压信号驱动第一动台和第二动台运动。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
设计有第一动台和第二动台两个输出机构，利用两组叠层压电陶瓷的摩擦耦合作动，能够实现一个方向上的双向主动位移输出目标，同时也能输出满足平台运动所需要的力，它克服了叠层式压电陶瓷作动器行程受限制的缺陷，可实现大推力，大行程，双向运动，具有断电自锁的功能，并且运动更加稳定。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是具体实施方式的压电作动器的结构示意图。
标号说明：1-第一弹簧，2-配重部，3-第二弹簧，4-第一叠层压电陶瓷，5-第二叠层压电陶瓷，6-压块；7-第一动台；8-第三弹簧；9-第二动台。
具体实施方式
请查阅图1，压电作动器，包括第一动台7、第二动台9、第一叠层压电陶瓷4、第二叠层压电陶瓷5、配重部2、压块6、第一弹簧1、第二弹簧3和第三弹簧8。所述第一动台7能沿水平方向活动。所述第一叠层压电陶瓷4输出运动方向为竖直方向，所述第一叠层压电陶瓷4下端与压块6固定连接，上端经第二弹簧3与配重部2连接，配重部2上端连接第一弹簧1，第一弹簧1上端连接在固定物上，该固定物如机架(第一动台能相对机架水平运动)或建筑物，在第一弹簧1作用下压块6压紧在第一动台7顶面。所述压块6沿上下方向运动，如还包括限位机构，所述压块6连接限位机构，通过限位机构限制压块使其只能沿上下方向活动。所述第二动台9活动连接在第一动台7内且方向沿水平方向，第二动台9第一端通过第三弹簧8与第一动台7连接，第二端与第二叠层压电陶瓷6连接。
所述第一弹簧1、配重部2、第二弹簧3、第一叠层压电陶瓷4和压块6沿上下方向布置；所述第三弹簧8、第二动台9和第二叠层压电陶瓷5沿左右水平方向布置。其中第一动台7如为宏动台，第二动台9如为微动台，第一动台和第二动台配合呈宏微运动台。
所述第一叠层压电陶瓷4与第二叠层压电陶瓷5分别连接频率相同并且相位差为90度的两相正弦波电压信号，通过正弦波电压信号驱动运动台运动，具体如下描述：给第一叠层压电电陶瓷4和第二叠层压电陶瓷5施加两相频率相同,相位差恒定的正弦信号。此时,第一叠层压电陶瓷4作为激励元件,激励配重部2上下振动,第二叠层压电陶瓷5作为驱动元件,推动微动台9水平运动。在一个作动周期内,宏微运动台的动作时序如下：
在0-T/4,第一叠层压电陶瓷4激励配重部2向下振动,使得压块6与宏动台7之间正压力增大,导致接触面的摩擦力增大；
在T/4-T/2,第二叠层压电陶瓷5伸长,推动微动台9水平方向运动，由于摩擦力的作用,推动宏动台7与微动台8向相同方向运动；
在T/2-3T/4,配重部2向上振动,压块6与宏微运动台整体做分离运动,接触面的正压力消失,摩擦力也随之消失；
在T3/4-T，第二叠层压电陶瓷5缩短,带动微动台9运动向相反方向运动,由于压块6与宏动台7之间无摩擦力,宏动件7保持不运动。
按上述时序重复,该宏微运动台可实现连续单向运动。
改变两相电压的相位,即可实现宏微运动台的反向运动。
本具体实施方式之中：所述微动台由第三弹簧、第二叠层压电陶瓷组成的系统驱动，输出水平位移；所述配重部、第二弹簧、第一叠层压电陶瓷、压块组成的系统在第一弹簧的作用下压紧在所述微动台侧面，所述压块在限位机构约束下沿垂直于微动台运动方向运动。当给第一、二叠层压电陶瓷加以同频率不同相位的激励电压时，该作动台可以输出理论上的无限行程位移，改变两叠层压电陶瓷的激励电压，既可作动宏微运动台双向运动，并且输出需要的力，具备断电自锁的功能，运动更加稳定。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (5)
1.压电作动器，其特征在于：包括第一动台、第二动台、第一叠层压电陶瓷、第二叠层压电陶瓷、配重部、压块、第一弹性元件、第二弹性元件和第三弹性元件；所述第一动台能沿第一方向活动；所述第一叠层压电陶瓷输出运动方向为垂直于第一方向的第二方向，所述第一叠层压电陶瓷第一端与压块连接，第二端经第二弹性元件与配重部连接，配重部另一端连接第一弹性元件，在第一弹性元件作用下压块压在第一动台；所述第二动台活动方向沿第一方向，第二动台第一端通过第三弹性元件与第一动台连接，第二端与第二叠层压电陶瓷连接；所述第一弹性元件、配重部、第二弹性元件、第一叠层压电陶瓷和压块沿第一方向布置；所述第三弹性元件、第二动台和第二叠层压电陶瓷沿第二方向布置；所述第一方向水平布置，第二方向竖直布置；所述第二动台活动连接在第一动台；所述压块沿第二方向运动。
2.根据权利要求1所述的压电作动器，其特征在于：还包括限位机构，所述压块连接限位机构，通过限位机构限制压块沿第二方向活动。
3.根据权利要求1所述的压电作动器，其特征在于：所述第一弹性元件连接在固定部上。
4.根据权利要求1所述的压电作动器，其特征在于：所述第二动台由水平导向机构支撑，所述第一动台整体由水平导向机构支撑。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的压电作动器，其特征在于：所述第一叠层压电陶瓷与第二叠层压电陶瓷分别连接频率相同并且相位差为90度的两相正弦波电压信号，通过正弦波电压信号驱动第一动台和第二动台运动。
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