CN110224633B - 一种断电自锁微位移压电调整装置 - Google Patents
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Abstract
一种断电自锁微位移压电调整装置，它涉及一种压电驱动装置，它包括顶杆、驱动机构、制动机构和支撑体；所述驱动机构包括驱动压电叠堆和微位移放大结构；所述制动机构包括两个制动三角放大结构和两个制动压电叠堆；每个制动三角放大结构内布置有一个制动压电叠堆，两个制动三角放大结构的相背输出端与支撑体固接，两个制动三角放大结构的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆，顶杆滑动设在支撑体上；顶杆的底端与微位移放大结构的输出端接触，微位移放大结构固定在支撑体上。本发明结构紧凑，控制简便，减少电能的消耗，在微位移放大输出的同时增大了外部平台转角调整范围，提高了整个机构的调整可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电驱动装置，具体涉及一种断电自锁微位移压电调整装置，属于压电精密驱动领域。
背景技术
随着科技高速发展，光学、半导体以及机械加工领域等迫切需求超精密定位指向机构，特别是空间领域，当下深空探测、激光通信、激光测距等发展迅速，平台的高精指向是一个重要指标，往往需要利用高精度的指向调整机构进行平台指向的调节。
指向调整机构目前主要有两种形式，其一是利用传动电机驱动的指向调整机构，其二是利用逆压电效应驱动的指向调整机构。使用传统电机驱动，导致整个机构体积大、传动链长、控制复杂、重量大，不利于应用到对小重量、小体积有要求的空间领域。公开号为CN109889084A的专利申请提出了一种五自由度压电驱动平台，该发明申请的驱动平台在进行位姿调节后不能实现断电保持，压电驱动单元需要一直通电，以保持调节的平台位置、角度保持不变，对压电器件寿命有所损耗；公开号为CN108054512A的专利申请提出一种用于深空探测的大力矩抗干扰天线指向机构，该机构需要借助制动器通电输出保持力矩，实现机构的保持，并不能实现断电自锁；申请号201710583870.X的专利申请提出了具有解耦功能的大偏转角压电二维指向机构及驱动方法，采用一级杠杠放大，微位移放大倍数有限，致使转角范围受到限制，且杠杆机构为非对称结构，对压电堆的位置布置要求很高，对放大倍数有着关键影响。可见现有压电驱动机构可调整的角度范围小，工作时需要一直通电，没有断电自锁功能，导致电能的浪费，同时压电叠堆长时间通电对其寿命有损耗。
发明内容
本发明是为克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑，控制简便的断电自锁微位移压电调整装置，该调整装置不需要带电保持，可减小压电叠堆长时间的通电对其寿命的损耗，减少电能的消耗，在微位移放大输出的同时增大了外部平台转角调整范围，提高了整个机构的调整可靠性。
本发明的技术方案是：
一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆、驱动机构、制动机构和支撑体；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆和微位移放大结构；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构和两个制动压电叠堆；
每个制动三角放大结构内布置有一个制动压电叠堆，两个制动三角放大结构的相背输出端与支撑体固接，两个制动三角放大结构的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆，顶杆滑动设在支撑体上，在制动压电叠堆断电状态下，顶杆被两个制动三角放大结构夹持锁定；顶杆的底端与微位移放大结构的输出端接触，在驱动压电叠堆通电状态下，微位移放大结构被驱动压电叠堆驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆，微位移放大结构固定在支撑体上。
进一步地，所述微位移放大结构为杠杆和三角复合放大结构，包括：杠杆放大结构和位于该杠杆放大结构下部的驱动三角放大结构；驱动三角放大结构内安装有驱动压电叠堆，驱动三角放大结构和杠杆放大结构分别与支撑体相连，驱动三角放大结构的一单侧输出端与杠杆放大结构的输入端相接触，杠杆放大结构的输出端与顶杆的底端相接触。
进一步地，所述微位移放大结构为驱动三角放大结构，该驱动三角放大结构内安装有驱动压电叠堆，驱动三角放大结构和驱动压电叠堆分别与支撑体相连，驱动三角放大结构5的输出端与顶杆的底端相接触。
进一步地，所述微位移放大结构为杠杆放大结构，该杠杆放大结构与支撑体相连，驱动压电叠堆的一端与杠杆放大结构的输人端接触，驱动压电叠堆的另一端与支撑体连接，杠杆放大结构的输出端与顶杆的底端相接触。
进一步地，所述微位移放大结构为二级杠杆放大结构，该二级杠杆放大结构与支撑体相连，驱动压电叠堆的一端与二级杠杆放大结构的输入端相接触，二级杠杆放大结构的输出端与顶杆的底端相接触，驱动压电叠堆的另一端与支撑体连接。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、通过杠杆和三角复合放大或三角放大或杠杆放大的驱动机构，使驱动压电叠堆输出的微位移放大，则顶杆获得放大的直线位移，进而增大外部平台转角的调整范围。
2、驱动机构的杠杆和三角复合放大结构或杠杆放大结构或三角放大结构或二级杠杆放大结构采用对称式设计，对驱动压电叠堆位置布置要求低，可以自补偿安装误差，保证驱动机构放大倍数准确，不因人为安装产生误差。
3、通过利用制动机构实现在制动压电叠堆通电时解除顶杆自锁，在制动压电叠堆断电时对顶杆两侧夹紧，使得顶杆位置在压电叠堆不通电状态保持不变，从而实现整个调整装置断电自锁，减小压电叠堆长时间通电对其寿命的损耗，减少电能的消耗，同时断电时依靠机械结构保持，相较于带电保持可靠性更高，在空间环境中使用，运行更为可靠。
4、本发明申请调整装置使用各类压电叠堆，呈正交状或扁平状布置，结构紧凑，在使用中可以极大节省使用空间，更加适用于航天领域中要求小安装空间的任务。本发明申请的利用压电驱动的调整装置具有断电自锁、微位移放大、结构紧凑、在空间环境中可靠运行的优点，具有十分重要的意义。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为第一实施例中采用杠杆和三角复合放大的断电自锁正交式微位移调整装置的结构图；
图2为图1制动机构的俯视图；
图3为图1的侧视图；
图4为第二实施例中采用三角放大的断电自锁正交式微位移调整装置的结构图；
图5为图4的制动机构的俯视图；
图6为图4的侧视图；
图7为第三实施例中采用杠杆放大的断电自锁正交式微位移调整装置的结构图；
图8为图7的制动机构俯视图；
图9为第四实施例中采用二级杠杆放大的断电自锁正交式微位移调整装置的结构图；
图10为图9的制动机构的俯视图；
图11为第五实施例中断电自锁扁平式微位移调整装置的结构图；
图12为第五实施例中采用杠杆和三角复合放大的断电自锁扁平式微位移调整装置的结构图；
图13为第六实施例中采用三角放大的断电自锁扁平式微位移调整装置的结构图；
图14为第七实施例中采用杠杆放大的断电自锁扁平式微位移调整装置的结构图；
图15为第八实施例中采用二级杠杆放大的断电自锁扁平式微位移调整装置的结构图；
图16为本发明申请的工作原理示意图。
其中，1、为顶杆，2、垫片，3、固定螺栓，4、杠杆放大结构，40、二级杠杆放大结构，5、驱动三角放大结构，7、预紧螺栓，8、盖板，9、驱动压电叠堆，10、驱动支撑体，11、制动三角放大结构，12、制动压电叠堆，14、制动支撑体，B、微位移放大结构，D、支撑体，F0、初始制动力，F1、恢复力，F2、驱动力，△X、顶杆放大位移。
具体实施方式
参见图1-图15所示，一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，微位移放大结构B被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆1，微位移放大结构B固定在支撑体D上。
上述技术方案如下实施例扩展：
第一实施例，参见图1-图3所示，本实施例的一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
所述驱动压电叠堆9水平布置，且与所述两个制动压电叠堆12的长度方向垂直，两个制动压电叠堆12为水平布置；所述微位移放大结构B为杠杆和三角复合放大结构，包括：杠杆放大结构4和位于该杠杆放大结构4下部的驱动三角放大结构5；驱动三角放大结构5内安装有驱动压电叠堆9，驱动三角放大结构5和杠杆放大结构4分别与支撑体D相连，驱动三角放大结构5的一单侧输出端与杠杆放大结构4的输入端相接触，杠杆放大结构4的输出端与顶杆1的底端相接触；顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，驱动三角放大结构5被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力给杠杆放大结构4传递给顶杆1，杠杆放大结构4和驱动三角放大结构5固定在支撑体D上。此种实施例中，在制动压电叠堆12通电状态下伸长，制动压电叠堆12驱动三角放大结构(斜边向由中部向外倾斜的结构)5的输出端向内收回，顶杆1被释放；在驱动压电叠堆9通电状态下，驱动三角放大结构5(斜边向中部倾斜的结构)被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力，输出给杠杆放大结构4的输入端，由杠杆放大结构4输出端输出至顶杆1，顶杆1被两个制动三角放大结构11已释放，这样驱动单角放大结构5和杠杆放大结构4复合输出，对顶杆1产生推力，使得顶杆1获得放大的位移，在支撑体D上向上滑动，作用于外部平台。
如图16所示，该实施例为断电自锁正交式微位移压电驱动调整装置，顶杆1的夹持为水平横向夹持，其工作原理为：状态(1)为初始状态，驱动压电叠堆9不得电，则驱动机构不对顶杆1产生推力；两个制动压电叠12亦不得电，顶杆1受到两个制动三角放大结构12初始预紧力F0而保持自锁；状态(2)为两个制动压电叠堆12得电，制动压电叠堆12伸长，制动三角放大结构11收缩产生恢复力F1，顶杆1自锁状态解除；状态(3)为两个制动压电叠堆12继续得电，制动压电叠堆12伸长，制动三角放大结构11保持恢复力F1；驱动压电叠堆9得电，驱动压电叠9堆伸长，由三角放大结构5和杠杆放大结构4组成的微位移放大结构B产生竖直向上的驱动力F2，从而使顶杆1获得放大位移△X；状态(4)为驱动压电叠堆9继续得电，驱动压电叠堆9伸长，微位移放大结构B保持驱动力F2；两个制动压电叠堆12断电，两个制动机构恢复到初始位置，顶杆1受到制动机构施加的预紧力F0，获得的放大位移△X保持不变，顶杆1实现自锁；状态(5)为左、右的制动压电叠堆12断电，制动机构在顶杆1左右的两侧施加预紧力F0；驱动压电叠堆9断电，驱动机构恢复初始状态，顶杆1获得的放大位移△X不发生改变，整个装置实现断电自锁。
第二实施例，如图4-图6所示，本实施例的一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
所述驱动压电叠堆9水平布置，且与所述两个制动压电叠堆12的长度方向垂直，两个制动压电叠堆12为水平布置；所述微位移放大结构B为驱动三角放大结构5，该驱动三角放大结构5内安装有驱动压电叠堆9，驱动三角放大结构5和驱动压电叠堆9分别与支撑体D相连，驱动三角放大结构5的输出端与顶杆1的底端相接触；顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，驱动三角放大结构5被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆1，驱动三角放大结构5固定在支撑体D上。
如图16所示，该实施例为断电自锁大转角正交式压电驱动调整装置，其工作原理为：状态(1)为初始状态，驱动压电叠堆9不得电，则驱动机构不对顶杆1产生推力；左、右的两个制动压电叠堆12亦不得电，顶杆1受到制动机构初始预紧力F0而保持自锁；状态(2)为左、右的两个制动压电叠堆12得电，制动压电叠堆12伸长，制动三角放大结构11收缩产生恢复力F1，顶杆1自锁状态解除；状态(3)为左、右的两个制动压电叠堆12继续得电，制动压电叠堆12伸长，制动三角放大结构11保持恢复力F1；驱动压电叠堆9得电，驱动压电叠堆9伸长，由三角放大结构5构成的驱动机构产生竖直向上的驱动力F2，从而使顶杆1获得大位移△X；状态(4)为驱动压电叠堆9继续得电，驱动压电叠堆9伸长，驱动机构保持驱动力F2；左、右的两个制动压电叠堆12断电，制动机构恢复到初始位置，顶杆1受到制动机构施加的预紧力F0，获得的放大位移△X保持不变，顶杆1实现自锁；状态(5)为左、右的制动压电叠堆12断电，制动机构在顶杆1左右两侧施加预紧力F0；驱动压电叠堆9断电，驱动机构恢复初始状态，顶杆1获得的位移△X不发生改变，整个装置实现断电自锁。
第三实施例，如图7-图8所示，本实施例的一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
所述驱动压电叠堆9竖向布置，且与两个制动压电叠堆12的长度方向垂直，两个制动压电叠堆12水平布置；所述微位移放大结构B为杠杆放大结构4，该杠杆放大结构4与支撑体D相连，驱动压电叠堆9的一端与杠杆放大结构4的输人端接触，驱动压电叠堆9的另一端与支撑体D连接，杠杆放大结构4的输出端与顶杆1的底端相接触；顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，杠杆放大结构4被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆1，杠杆放大结构4固定在支撑体D上。杠杆放大结构4为对称布置，对驱动压电叠堆位置布置要求低，可以自补偿安装误差，保证驱动机构放大倍数准确，不因人为安装产生误差。
如图16所示，该实施方式为断电自锁大转角正交式压电驱动调整装置，其工作原理为：状态(1)为初始状态，驱动压电叠堆6不得电，则驱动机构不对顶杆1产生推力；左、右的两个制动压电叠堆12亦不得电，顶杆1受到制动机构初始预紧力F0而保持自锁；状态(2)为左、右的两个制动压电叠堆12得电，制动压电叠堆12伸长，制动三角放大结构11收缩产生恢复力F1，顶杆1自锁状态解除；状态(3)为左、右的两个制动压电叠堆12继续得电，制动压电叠堆12伸长，制动三角放大结构11保持恢复力F1；驱动压电叠堆9得电，驱动压电叠堆9伸长，由杠杆放大结构4构成的驱动机构产生竖直向上的驱动力F2，从而使顶杆1获得大位移△X；状态(4)为驱动压电叠堆9继续得电，驱动压电叠堆9伸长，驱动机构保持驱动力F2；左、右的两个制动压电叠堆12断电，制动机构恢复到初始位置，顶杆1受到制动机构施加的预紧力F0，获得的大位移△X保持不变，顶杆1实现自锁；状态(5)为左、右的两个制动压电叠堆12断电，制动机构在顶杆1左右两侧施加预紧力F0；驱动压电叠堆9断电，驱动机构恢复初始状态，顶杆1获得的位移△X不发生改变，整个装置实现断电自锁。
第四实施例，如图9-图10所示，本实施例的一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
所述驱动压电叠堆9竖向布置，且与两个制动压电叠堆12的长度方向垂直，两个制动压电叠堆12水平布置；所述微位移放大结构B为二级杠杆放大结构40，该二级杠杆放大结构40与支撑体D相连，驱动压电叠堆9的一端与二级杠杆放大结构40的输入端相接触，二级杠杆放大结构40的输出端与顶杆1的底端相接触，驱动压电叠堆9的另一端与支撑体D连接；顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，微位移放大结构B被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆1，二级杠杆放大结构40固定在支撑体D上。
如图16所示，该实施方式为断电自锁大转角正交式压电驱动调整装置，其工作原理为：状态(1)为初始状态，驱动压电叠堆9不得电，则驱动机构不对顶杆1产生推力；左、右的制动压电叠堆12亦不得电，顶杆1受到制动机构初始预紧力F0而保持自锁；状态(2)为左、右的制动压电叠堆12得电，制动压电叠堆12伸长，制动三角放大结构11收缩产生恢复力F1，顶杆1自锁状态解除；状态(3)为左、右的制动压电叠堆12继续得电，制动压电叠12堆伸长，制动三角放大结构11保持恢复力F1；驱动压电叠堆9得电，驱动压电叠堆9伸长，由二级杠杆放大结构40构成的驱动机构产生竖直向上的驱动力F2，从而使顶杆1获得大位移△X；状态(4)为驱动压电叠堆9继续得电，驱动压电叠堆9伸长，驱动机构保持驱动力F2；左、右的制动压电叠堆12断电，制动机构恢复到初始位置，顶杆1受到制动机构施加的预紧力F0，获得的大位移ΔX保持不变，顶杆1实现自锁；状态(5)为左、右的制动压电叠堆12断电，制动机构在顶杆1左右两侧施加预紧力F0；驱动压电叠堆9断电，驱动机构恢复初始状态，顶杆1获得的位移△X不发生改变，整个装置实现断电自锁。
在上述第一至第四实施例中，一种优选的方案，支撑体D包括盖板8、驱动支撑体10和制动支撑体14；驱动支撑体10上部安装有制动支撑体14，制动支撑体14上盖合有盖板8，盖板8、制动支撑体14和驱动支撑体10三者通过固定螺栓3固定连接，杠杆放大结构4和驱动三角放大结构5固定在驱动支撑体10上，制动三角放大结构11固定在制动支撑体14上。如图1-图10所述驱动压电叠堆9和两个制动压电叠堆12分别通过旋拧于驱动支撑体10和制动支撑体14上的预紧螺栓7预紧，调节预紧螺栓7可改变驱动压电叠堆9及制动压电叠堆12的预紧力；如图2中制动压电叠堆12两端通过垫片2与制动三角放大结构11直接接触，如图1中的驱动压电叠堆9两端通过垫片2与驱动三角放大结构5直接接触，顶杆1被夹持锁定后，制动三角放大结构11外侧通过垫片2与顶杆1接触；图1中的驱动三角放大结构5通过垫片2与杠杆放大结构4直接接触，而杠杆放大结构4通过垫片2与顶杆1底部直接接触；或者图4中的三角放大结构5通过垫片2与顶杆1底部直接接触，或者图7中的驱动压电叠堆9通过垫片2分别与杠杆放大结构4输入端和驱动支撑体10直接接触，杠杆放大结构4通过垫片2与顶杆1底部直接接触，或者图9中的驱动压电叠堆9通过垫片2分别与二级杠杆放大结构40输入端和驱动支撑体10直接接触，二级杠杆放大结构40输出端通过垫片2与顶杆1底部直接接触。该方案中，驱动支撑体10与杠杆和三角复合放大结构或杠杆放大结构4或三角放大结构5或二级杠杆放大结构40通过线切割加工而成；制动支撑体14和制动三角放大结构11通过线切割加工而成。
上述中制动压电叠堆12和驱动压电叠堆9的型号为PSt150/5x5/20L。通过杠杆放大结构4和/或驱动三角放大结构5，或二级杠杆放大结构40使顶杆1在竖直方向上微位移实现放大，然后制动机构通过制动力加紧顶杆1，使得顶杆1位置保持不变，实现断电自锁；竖直方向放大的微位移可以使得外部平台产生一个大转角，从而实现对外部平台的大转角范围调整。驱动机构使用微位移放大结构使微位移放大，解决机构转角调整范围小的问题，制动机构解决机构没有断电自锁、压电叠堆长时间通电寿命损耗的问题，布置上采用正交式，使结构紧凑，解决占用空间大的问题。整个装置具备断电自锁能力，不需要带电保持，输出的微位移实现放大，可以提高整个装置的调整范围和可靠性。
第五实施例，如图11-图12所示，本实施例的一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
所述驱动压电叠堆9水平布置，且与所述两个制动压电叠堆12的长度方向垂直，两个制动压电叠堆12为竖向布置；所述微位移放大结构B为杠杆和三角复合放大结构，包括：杠杆放大结构4和位于该杠杆放大结构4下部的驱动三角放大结构5；驱动三角放大结构5内安装有驱动压电叠堆9，驱动三角放大结构5和杠杆放大结构4分别与支撑体D相连，驱动三角放大结构5的一单侧输出端与杠杆放大结构4的输入端相接触，杠杆放大结构4的输出端与顶杆1的底端相接触；顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，驱动三角放大结构5被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力给杠杆放大结构4传递给顶杆1，杠杆放大结构4和驱动三角放大结构5固定在支撑体D上。此种实施例中，在制动压电叠堆12通电状态下伸长，制动压电叠堆12驱动三角放大结构(斜边向由中部向外倾斜的结构)5的输出端向内收回，顶杆1被释放；在驱动压电叠堆9通电状态下，驱动三角放大结构5(斜边向中部倾斜的结构)被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力，输出给杠杆放大结构4的输入端，由杠杆放大结构4输出端输出至顶杆1，顶杆1被两个制动三角放大结构11已释放，这样驱动单角放大结构5和杠杆放大结构4复合输出，对顶杆1产生推力，使得顶杆1获得放大的位移，在支撑体D上向上滑动，作用于外部平台。本实施例为断电自锁扁平式微位移压电驱动调整装置，顶杆1的夹持为竖向夹持，其工作原理与第一实施例相同，如图16所示。
第六实施例，如图13所示，本实施例的一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
所述驱动压电叠堆9水平布置，且与所述两个制动压电叠堆12的长度方向垂直，两个制动压电叠堆12为竖向布置；所述微位移放大结构B为驱动三角放大结构5，该驱动三角放大结构5内安装有驱动压电叠堆9，驱动三角放大结构5和驱动压电叠堆9分别与支撑体D相连，驱动三角放大结构5的输出端与顶杆1的底端相接触；顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，驱动三角放大结构5被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆1，驱动三角放大结构5固定在支撑体D上。本实施例为断电自锁扁平式微位移压电驱动调整装置，顶杆1的夹持为竖向夹持，其工作原理与第二实施例相同，如图16所示。
第七实施例，如图14所示，本实施例的一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
所述驱动压电叠堆9竖向布置，且与两个制动压电叠堆12的长度方向平行，两个制动压电叠堆12竖向布置；所述微位移放大结构B为杠杆放大结构4，该杠杆放大结构4与支撑体D相连，驱动压电叠堆9的一端与杠杆放大结构4的输人端接触，驱动压电叠堆9的另一端与支撑体D连接，杠杆放大结构4的输出端与顶杆1的底端相接触；顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，杠杆放大结构4被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆1，杠杆放大结构4固定在支撑体D上。本实施例为断电自锁扁平式微位移压电驱动调整装置，顶杆1的夹持为竖向夹持，其工作原理与第三实施例相同，如图16所示。
第八实施例，如图15所示，本实施例的一种断电自锁微位移压电调整装置，它包括顶杆1、驱动机构、制动机构和支撑体D；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆9和微位移放大结构B；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构11和两个制动压电叠堆12；
每个制动三角放大结构11内布置有一个制动压电叠堆12，两个制动三角放大结构11的相背输出端与支撑体D固接，两个制动三角放大结构11的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆1，顶杆1滑动设在支撑体D上，在制动压电叠堆12断电状态下，顶杆1被两个制动三角放大结构11夹持锁定；
所述驱动压电叠堆9竖向布置，且与两个制动压电叠堆12的长度方向垂直，两个制动压电叠堆12竖向布置；所述微位移放大结构B为二级杠杆放大结构40，该二级杠杆放大结构40与支撑体D相连，驱动压电叠堆9的一端与二级杠杆放大结构40的输入端相接触，二级杠杆放大结构40的输出端与顶杆1的底端相接触，驱动压电叠堆9的另一端与支撑体D连接；顶杆1的底端与微位移放大结构B的输出端接触，在驱动压电叠堆9通电状态下，微位移放大结构B被驱动压电叠堆9驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆1，二级杠杆放大结构40固定在支撑体D上。本实施例为断电自锁扁平式微位移压电驱动调整装置，顶杆1的夹持为竖向夹持，其工作原理与第四实施例相同，如图16所示。
在上述第五至第八实施例中，一种优选的方案，支撑体D为一体式结构，呈竖向扁平式布置，杠杆放大结构4、二级杠杆放大结构40、驱动三角放大结构5和制动三角放大结构11均固定在支撑体D上。如图12-图15所示，所述驱动压电叠堆9通过安装于驱动三角放大结构5和支撑体D的螺栓7预紧，两个制动压电叠堆12分别通过安装于制动三角放大结构11和支撑体D上的螺栓7预紧。调节预紧螺栓7可改变驱动压电叠堆9及制动压电叠堆12的预紧力；制动压电叠堆12两端通过垫片2与制动三角放大结构11直接接触；如图12中的驱动压电叠堆9两端通过垫片2与驱动三角放大结构5直接接触，顶杆1被夹持锁定后，制动三角放大结构11外侧通过垫片2可与顶杆1接触；图12中的驱动三角放大结构5通过垫片2与杠杆放大结构4直接接触，而杠杆放大结构4通过垫片2与顶杆1底部直接接触；或者图13中的三角放大结构5通过垫片2与顶杆1底部直接接触，或者图14中的驱动压电叠堆9通过垫片2分别与杠杆放大结构4输入端和支撑体D直接接触，杠杆放大结构4通过垫片2与顶杆1底部直接接触，或者图15中的驱动压电叠堆9通过垫片2分别与二级杠杆放大结构40输入端和支撑体D直接接触，二级杠杆放大结构40输出端通过垫片2与顶杆1底部直接接触。该种方案中，支撑体D、杠杆和三角复合放大结构和制动三角放大结构11三者或支撑体D、三角放大结构5和制动三角放大结构11或支撑体D、杠杆放大结构4和制动三角放大结构11或支撑体D、二级杠杆放大结构40和制动三角放大结构11通过线切割加工而成。
上述中制动压电叠堆12和驱动压电叠堆9的型号为PSt150/5x5/20L。通过杠杆放大结构4和/或驱动三角放大结构5，或二级杠杆放大结构40使顶杆1在竖直方向上微位移实现放大，然后制动机构通过制动力加紧顶杆1，使得顶杆1位置保持不变，实现断电自锁；竖直方向放大的微位移可以使得外部平台产生一个大转角，从而实现对外部平台的大转角范围调整。驱动机构使用微位移放大结构使微位移放大，解决机构转角调整范围小的问题，制动机构解决机构没有断电自锁、压电叠堆长时间通电寿命损耗的问题，布置上采用正交式，使结构紧凑，解决占用空间大的问题。整个装置具备断电自锁能力，不需要带电保持，输出的微位移实现放大，可以提高整个装置的调整范围和可靠性。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (8)
1.一种断电自锁微位移压电调整装置，其特征在于：所述断电自锁微位移压电调整装置包括顶杆(1)、驱动机构、制动机构和支撑体(D)；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆(9)和微位移放大结构(B)；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构(11)和两个制动压电叠堆(12)；
每个制动三角放大结构(11)内布置有一个制动压电叠堆(12)，两个制动三角放大结构(11)的相背输出端与支撑体(D)固接，两个制动三角放大结构(11)的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆(1)，顶杆(1)滑动设在支撑体(D)上，在制动压电叠堆(12)断电状态下，顶杆(1)被两个制动三角放大结构(11)夹持锁定；
顶杆(1)的底端与微位移放大结构(B)的输出端接触，在驱动压电叠堆(9)通电状态下，微位移放大结构(B)被驱动压电叠堆(9)驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆(1)，微位移放大结构(B)固定在支撑体(D)上；
所述微位移放大结构(B)为杠杆和三角复合放大结构，包括：杠杆放大结构(4)和位于该杠杆放大结构(4)下部的驱动三角放大结构(5)；驱动三角放大结构(5)内安装有驱动压电叠堆(9)，驱动三角放大结构(5)和杠杆放大结构(4)分别与支撑体(D)相连，驱动三角放大结构(5)的一单侧输出端与杠杆放大结构(4)的输入端相接触，杠杆放大结构(4)的输出端与顶杆(1)的底端相接触。
2.一种断电自锁微位移压电调整装置，其特征在于：所述断电自锁微位移压电调整装置包括顶杆(1)、驱动机构、制动机构和支撑体(D)；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆(9)和微位移放大结构(B)；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构(11)和两个制动压电叠堆(12)；
每个制动三角放大结构(11)内布置有一个制动压电叠堆(12)，两个制动三角放大结构(11)的相背输出端与支撑体(D)固接，两个制动三角放大结构(11)的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆(1)，顶杆(1)滑动设在支撑体(D)上，在制动压电叠堆(12)断电状态下，顶杆(1)被两个制动三角放大结构(11)夹持锁定；
顶杆(1)的底端与微位移放大结构(B)的输出端接触，在驱动压电叠堆(9)通电状态下，微位移放大结构(B)被驱动压电叠堆(9)驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆(1)，微位移放大结构(B)固定在支撑体(D)上；
所述微位移放大结构(B)为驱动三角放大结构(5)，该驱动三角放大结构(5)内安装有驱动压电叠堆(9)，驱动三角放大结构(5)和驱动压电叠堆(9)分别与支撑体(D)相连，驱动三角放大结构(5)的输出端与顶杆(1)的底端相接触。
3.根据权利要求1或2所述一种断电自锁微位移压电调整装置，其特征在于：所述驱动压电叠堆(9)水平布置且与所述两个制动压电叠堆(12)的长度方向垂直。
4.根据权利要求3所述一种断电自锁微位移压电调整装置，其特征在于：所述驱动压电叠堆(9)通过安装于驱动三角放大结构(5)和支撑体(D)的螺栓(7)预紧，两个制动压电叠堆(12)分别通过安装于制动三角放大结构(11)和支撑体(D)上的螺栓(7)预紧。
5.根据权利要求3所述一种断电自锁微位移压电调整装置，其特征在于：所述制动压电叠堆(12)通过垫片(2)与制动三角放大结构(11)直接接触，驱动压电叠堆(9)通过垫片(2)与驱动三角放大结构(5)直接接触，顶杆(1)被夹持锁定后，制动三角放大结构(11)外侧通过垫片(2)与顶杆(1)接触。
6.一种断电自锁微位移压电调整装置，其特征在于：所述断电自锁微位移压电调整装置包括顶杆(1)、驱动机构、制动机构和支撑体(D)；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆(9)和微位移放大结构(B)；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构(11)和两个制动压电叠堆(12)；
每个制动三角放大结构(11)内布置有一个制动压电叠堆(12)，两个制动三角放大结构(11)的相背输出端与支撑体(D)固接，两个制动三角放大结构(11)的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆(1)，顶杆(1)滑动设在支撑体(D)上，在制动压电叠堆(12)断电状态下，顶杆(1)被两个制动三角放大结构(11)夹持锁定；
顶杆(1)的底端与微位移放大结构(B)的输出端接触，在驱动压电叠堆(9)通电状态下，微位移放大结构(B)被驱动压电叠堆(9)驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆(1)，微位移放大结构(B)固定在支撑体(D)上；
所述微位移放大结构(B)为杠杆放大结构(4)，该杠杆放大结构(4)与支撑体(D)相连，驱动压电叠堆(9)的一端与杠杆放大结构(4)的输人端接触，驱动压电叠堆(9)的另一端与支撑体(D)连接，杠杆放大结构(4)的输出端与顶杆(1)的底端相接触。
7.一种断电自锁微位移压电调整装置，其特征在于：所述断电自锁微位移压电调整装置包括顶杆(1)、驱动机构、制动机构和支撑体(D)；
所述驱动机构包括驱动压电叠堆(9)和微位移放大结构(B)；
所述制动机构包括两个制动三角放大结构(11)和两个制动压电叠堆(12)；
每个制动三角放大结构(11)内布置有一个制动压电叠堆(12)，两个制动三角放大结构(11)的相背输出端与支撑体(D)固接，两个制动三角放大结构(11)的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆(1)，顶杆(1)滑动设在支撑体(D)上，在制动压电叠堆(12)断电状态下，顶杆(1)被两个制动三角放大结构(11)夹持锁定；
顶杆(1)的底端与微位移放大结构(B)的输出端接触，在驱动压电叠堆(9)通电状态下，微位移放大结构(B)被驱动压电叠堆(9)驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆(1)，微位移放大结构(B)固定在支撑体(D)上；
所述微位移放大结构(B)为二级杠杆放大结构(40)，该二级杠杆放大结构(40)与支撑体(D)相连，驱动压电叠堆(9)的一端与二级杠杆放大结构(40)的输入端相接触，二级杠杆放大结构(40)的输出端与顶杆(1)的底端相接触，驱动压电叠堆(9)的另一端与支撑体(D)连接。
8.根据权利要求6或7所述一种断电自锁微位移压电调整装置，其特征在于：所述驱动压电叠堆(9)竖向布置，且与两个制动压电叠堆(12)的长度方向平行或垂直。
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