CN110323966A - 一种压电位移放大机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电位移放大机构，包括基架，基架上设置有：传动机构；压电块，所述压电块活动安装于传动机构上，实现沿传动机构运动；位移放大机构，所述位移放大机构包括至少一根柔性铰链单体，柔性铰链单体的铰链端部安装在基架上，与铰链端部相对的一端与基架分离；最靠近压电块的柔性铰链单体的一侧端面与压电块接触，通过采用以上结构解决了现有技术中位移的放大倍数无法按照需要进行调节的问题。

Description

一种压电位移放大机构

技术领域

本发明属于位移放大机构的技术领域，具体涉及一种压电位移放大机构。

背景技术

压电材料的压电特性可以表现为在压电材料两端施加电压后，压电材料的产生位移，但各方向的位移量都很小。随着微电子技术的发展，现阶段压电材料微米级的位移输出不能满足实际的应用需求，需要对压电材料的位移进行放大。而柔性铰链是一种体积小、无机械摩擦、无间隙的铰链结构，具有可回弹、精度高的特点。所以由压电材料与柔性铰链相结合成的新型结构，已经被应用的越来越广泛。

现有技术中公开了一种全柔性微位移放大机构，包括机架台、位移放大机构、输出端和压电材料；所述位移放大机构安装于所述机架台，所述输出端安装于所述位移放大机构的输出部位，所述压电材料安装于所述机架台，所述压电材料的驱动端对准于位移放大机构的输入端；所述机架台包括底板、左立柱和右立柱；所述位移放大机构包括一级位移放大机构和二级位移放大机构，所述位移放大机构为对称式位移放大机构；

所述底板设有所述压电材料，所述压电材料端部抵紧于所述输入平台下表面。

虽然以上现有技术将柔性机构与压电材料结合在一起，但是现有技术中位移的放大倍数却无法按照需要进行调节。

发明内容

本发明提供了一种压电位移放大机构，解决了现有技术中位移的放大倍数无法按照需要进行调节的问题。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种压电位移放大机构，包括基架，基架上设置有：

传动机构；

压电块，所述压电块活动安装于传动机构上，实现沿传动机构运动；

位移放大机构，所述位移放大机构包括至少一根柔性铰链单体，柔性铰链单体的铰链端部安装在基架上，与铰链端部相对的一端与基架分离；最靠近压电块的柔性铰链单体的一侧端面与压电块接触。

优选为，所述基架包括底板，所述底板上相对设置有第一支板和第二支板，所述柔性铰链单体安装在第一支板和第二支板之间。

优选为，所述柔性铰链单体的铰链端部安装在第一支板或第二支板上。

优选为，所述柔性铰链单体至少为两个，相邻柔性铰链单体的铰链端部交替安装在第一支板或第二支板上；柔性铰链单体上与铰链端部相对的一端为支撑端部，支撑端部的上端面设有凸台，所述凸台的上表面与相邻柔性铰链的下表面接触。

优选为，相邻柔性铰链单体的铰链端部部设置有相互配合的插装结构，为相对设置在铰链端部部两端面的凹槽和插接部，一柔性铰链单体的插接部可插入相邻柔性铰链单体的凹槽。

优选为，所述传动机构包括丝杠和丝杠滑块，丝杠穿过基架的第一支板或第二支板；所述丝杠滑块的一端面与所述压电块固定连接，驱动压电块沿丝杠传动方向运动。

优选为，丝杠位于基架外侧的一端安装有手柄。

优选为，所述基架的底板上设有滑槽，所述压电块的底端设有插接部，所述插接部的结构与滑槽结构相配合，插装在滑槽内，使压电块能在基架上沿丝杠传动方向运动。

优选为，所述基架的底板一侧面上设有刻度表。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本申请设计了一种压电位移放大机构，所述压电位移放大机构包括传动机构，压电块和位移放大机构，压电块的端面与柔性铰链单体的端面相接处。当压电块两端面施加电压时，压电块发生变形，由此推动柔性铰链单体向上运动，由于杠杆原理，柔性铰链单体另一端的支撑端部将向上运动，且运动幅度大于压电材料形变的位移，实现了位移的放大。同时压电块固定在传动机构上，可以沿着传动机构传动的方向而运动，由此可以通过传动机构的转动，使得压电块与柔性铰链单体的相对位置发生改变，由于杠杆原理，使得位移的放大倍数随着压电块的变化而变化。因此，可以根据实际需要，通过传动机构来调节压电材料与柔性铰链单体的相对位置，既而自由调节了位移的放大倍数，由此解决了现有技术中位移的放大倍数无法按照需要进行调节的问题。

2、本申请中的柔性铰链单体至少为两个，由此进一步增大了位移的放大效果；并且相邻柔性铰链单体的铰链端部部设置有相互配合的插装结构，采用此结构可以根据实际需要来拆卸或增加柔性铰链单体的数量，进一步的解决了位移放大倍数按需要进行调节的问题。

3、本申请中的传动机构采用丝杠传动装置，设置有可调节放大倍数的旋转丝杠，可以轻松调节所需要的放大倍数；并且丝杠的一端安有手柄，可以通过旋转手柄来调节压电材料与柔性铰链单体的相对位置，以此控制位移的放大倍数，方便了位移放大倍数按照需要进行调节，同时也提高了调节倍数的效率。

4、本申请中基架的一端面上还设有刻度表，使得在调节位移放大倍数时更加的方便。

5、本申请中底板上设有滑槽，压电块的底端设有插接部，可插装在滑槽内，使压电块能在基架上沿丝杠传动方向运动，确保压电材料滑动过程中不偏移。

附图说明

图1为本发明的整体机构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

以上各图中：基架1，第一支板101，第二支板102，底板103，滑槽104，刻度表105，压电块2，传动机构3，丝杠31，滑块32，位移放大机构4，柔性铰链单体41，铰链端部411，支撑端部412，凹槽413，插接部414，手柄5。

具体实施方式

本申请实施例的技术方案为解决上述现有技术中解决了现有技术中位移的放大倍数无法按照需要进行调节的问题，总体思路如下：

通过提供一种压电位移放大机构，其包括传动机构3；压电块2，所述压电块2活动安装于传动机构3上，实现沿传动机构运动3；位移放大机构4，所述位移放大机构4包括至少一根柔性铰链单体41，其一端面与压电块3相接触。通过采用以上的结构，解决了现有技术中位移的放大倍数无法按照需要进行调节的问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

一种压电位移放大机构，包括基架1，基架1上设置有：传动机构3，压电块2、位移放大机构4；所述压电块2活动安装在传动机构上，使压电块2能沿传动机构3的传动方向进行运动；所述位移放大机构4包括一至少根柔性铰链单体41，柔性铰链单体41的铰链端部411安装在基架1上，与铰链端部411相对的一端与基架1分离；最靠近压电块2的柔性铰链单体41的一侧端面与压电块2接触。

本实施例中的压电位移放大机构，如图1-2所示，所述基架1包括底板103，所述底板103上设置有第一支板101和第二支板102，本实施例中，两支板相对平行设置。第一支板101与第二支板102之间安装有柔性铰链单体41。

本实施例中，柔性铰链单体41至少为两个，所述柔性铰链单体41包括铰链端部411和支撑端部412，其中，铰链端部411为柔性铰链单体41的柔性端，铰链端部411被加工为一种强度较弱的结构，相对支撑端部412具有更好的柔性，参考图1，本实施例中，铰链端部411相对整条柔性铰链单体41厚度薄，更容易发生弹性振动。铰链端部411为固定端，其固定在第一支板101或第二支板102上。

为了进一步解决多条柔性铰链单体41之间安装的问题，本实施例中，所述相邻柔性铰链单体41的铰链端部411设置有相互配合的插装结构。插装结构为相对设置在铰链端部411两侧面的凹槽413和插接部414，一柔性铰链单体41的插接部可插入相邻柔性铰链单体41的凹槽413，采用此结构可以根据实际需要来拆卸或增加柔性铰链单体41的数量，即能够根据需要来调节位移放大倍数。

对于最靠近压电块的一个柔性铰链单体41，可以直接和基架1固定加工为一体结构，也可以在基架1上相应的安装位置设置如上述的插装结构，插装安装。

柔性铰链单体41上与铰链端部411相对的一端为支撑端部412，所述支撑端部412为活动端，其与基架1分离，本实施例中，支撑端部412的上端面设有凸台，凸台的上表面与相邻柔性铰链单体41的下表面相接触，此凸台的主要作用是，在柔性铰链单体41受到向上的作用力时，由于杠杆原理，柔性铰链单体41的支撑端部将向上运动，然后在凸台的作用下再次顶起下一个柔性铰链单体41，以此传递到最后一个柔性铰链单体41，实现位移的放大。

所述传动机构选3为丝杠传动装置，其包括丝杠31和滑块32，所述丝杠31穿过基架1的第一支板101或第二支板102，滑块32套于丝杠31上，丝杠31的旋转运动能够转化为滑块的直线运动。当丝杠31的一端穿过第一支板101时，此端部安装有手柄5，另一端部靠近第二支板102的内侧，可以不与第二支板102接触，也可以在保证丝杠31可以自由旋转的基础上，活动安装在第二支板102上；当丝杠31的一端穿过第二支板102时，此端部安装有手柄5，另一端部靠近第一支板101的内侧，可以不与第一支板101接触，也可以在保证丝杠31可以自由旋转的基础上，活动安装在第一支板101上。本实施例中，所述丝杠31的一端穿过第一支板102且安装有手柄5，另一端则活动安装在第二支板102上，通过旋转手柄5使得丝杠31能够旋转运动，当丝杆31旋转运动时，滑块32能够沿丝杠31的轴向方向上做直线运动。

本实施例中，压电块2固定安装在滑块32上，所以当丝杠旋转运动时，压电块2能够随着滑块32一起沿丝杆31轴向的方向上做直线运动。并且压电块2位于基架1的底板103上，底板103上设有滑槽104，压电块2的底端设有插接部，所述插接部的结构与滑槽104结构相配合，插装在滑槽104内，通过采用此结构，使压电块2能在基架上沿丝杠31传动方向运动的过程中不会发生偏移。

为了更清楚的说明本申请，下面以图1至图2所示的实施例为例就本发明的工作原理做进一步的说明：

当压电块2两端施加电压时，由于压电块2的特性，在电场的作用下会发生形变。压电块2与柔性铰链单体41的端面接触，所以当压电块2形变时，就会推动柔性铰链单体41向上运动，由于杠杆原理，柔性铰链单体41的支撑端部412将向上运动，且运动幅度大于压电块形变的位移，实现了位移的放大。

同时，支撑端部412的上端面上设有凸起，凸起与相邻的柔性铰链单体41相接触，在支撑端部412向上运动的过程中，凸起就会顶起相邻的柔性铰链单体41以此传递到最后一个柔性铰链单体41，进一步实现了位移的放大。

由于压电块2可以跟随滑块32沿丝杠31轴向的直线运动，即压电块2随着丝杠31轴向运动时，压电块2与柔性铰链单体41的铰链端部的相对位置就会发生变化，依据杠杆原理，使得位移放大机构4的放大倍数就会发生变化，由图2所示，当压电块2远离铰链端部411时，位移放大机构4的放大倍数就会减小，由此依据此原理，就可以通过旋转手柄5来根据需要调节位移放大的倍数。

同时，柔性铰链单体41的两端设有凹槽413和插接部414，因此可以根据实际需要来增加或减少柔性铰链单体41的个数，进一步解决了现有技术中无法按照需要调节位移放大倍数的问题。并且基架1的端面上设有放大倍数的刻度表105，依据此表能够更加方便的调节位移的放大倍数。

上面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请的描述中，属于“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如“连接”可以是固定连接，也可以时可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介简介相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

Claims (9)

1.一种压电位移放大机构，包括基架，其特征在于，基架上设置有：

传动机构；

压电块，所述压电块活动安装于传动机构上，实现沿传动机构运动；

位移放大机构，所述位移放大机构包括至少一根柔性铰链单体，柔性铰链单体的铰链端部安装在基架上，与铰链端部相对的一端与基架分离；最靠近压电块的柔性铰链单体的一侧端面与压电块接触。

2.根据权利要求1所述的一种压电位移放大机构，其特征在于，所述基架包括底板，所述底板上相对设置有第一支板和第二支板，所述柔性铰链单体安装在第一支板和第二支板之间。

3.根据权利要求2所述的一种压电位移放大机构，其特征在于，所述柔性铰链单体的铰链端部安装在第一支板或第二支板上。

4.根据权利要求3所述的一种压电位移放大机构，其特征在于，所述柔性铰链单体至少为两个，相邻柔性铰链单体的铰链端部交替安装在第一支板或第二支板上；柔性铰链单体上与铰链端部相对的一端为支撑端部，支撑端部的上表面设有凸台，所述凸台的上表面紧抵于相邻柔性铰链的下表面。

5.根据权利要求4所述的一种压电位移放大机构，其特征在于，相邻柔性铰链单体的铰链端部设置有相互配合的插装结构，为相对设置在铰链端部部两端面的凹槽和插接部，一柔性铰链单体的插接部可插入相邻柔性铰链单体的凹槽。

6.根据权利要求2所述的一种压电位移放大机构，其特征在于，所述传动机构包括丝杠和丝杠滑块，丝杠穿过基架的第一支板或第二支板；所述丝杠滑块的一端面与所述压电块固定连接，驱动压电块沿丝杠传动方向运动。

7.根据权利要求2所述的一种压电位移放大机构，其特征在于，丝杠位于基架外侧的一端安装有手柄。

8.根据权利要求2所述的一种压电位移放大机构，其特征在于，所述基架的底板上设有滑槽，所述压电块的底端设有插接部，所述插接部的结构与滑槽结构相配合，插装在滑槽内，使压电块能在基架上沿丝杠传动方向运动。

9.根据权利要求2或8所述的一种压电位移放大机构，其特征在于，所述基架的底板一侧面上设有刻度表。