CN110715017A - 一种压电作动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种压电作动器，包括金属封装外壳以及压电叠堆结构；该所述的压电叠堆结构包括最底层的绝缘垫片，该绝缘垫片上叠放有用于实现振动传感器功能的第一压电片，该第一压电片至少设置有一片，并且分别引出该第一压电片的正极和负极，作为振动传感器的信号输出端，而该第一压电片上再叠放绝缘垫片，将下方作为振动传感器的第一压电片隔绝开。本装置的压电堆叠结构中在底层设置一片或多片陶瓷压电片作为检测整体结构振动的传感器，输出振动信号，振动信号直接输入控制器，通过控制器使驱动电源输出驱动信号，使上层的压电片产生反相位振动，二路信号相位可达到高度吻合，有利于最大限度地取得隔振效果。
Description
技术领域
本发明涉及压电陶瓷应用技术领域，具体涉及一种压电作动器。
背景技术
隔振是工程设备减振降噪普遍采用的方法，也是工程实践中应用最多的一项振动控制技术，其基本原理是在振源和基础之间设置弹性装置，依靠其弹性形变来减小振源对基础的影响。根据隔振装置作用方式的不同，隔振技术主要包括被动隔振、主动隔振和混合式隔振三类。
现有三类隔振技术均有各自的优缺点。其中在压电陶瓷应用技术领域中，压电-橡胶复合隔振系统，是将橡胶金属隔振器与压电陶瓷作动器融合在一体，利用橡胶金属被动隔振器隔离高频振动，利用压电陶瓷作动器隔离低频振动。压电陶瓷作动器有着体积小、重量轻、功耗低、承载力大、长时间工作不发热、易于控制等显著特点，具有较好的低频特性，在一定应用场合优于电磁作动器。
现有主动隔振使用的压电作动器，采用多层压电陶瓷叠片结构，压电陶瓷叠片数量可达数百层。在隔振控制中，需要外部配置加速度传感器，监测设备振动情况，再将加速度传感器监测的信号传输到控制器，控制器经信号分析处理，输出控制信号到功率放大器，驱动压电作动器做反相位的振动，以缓冲机械设备振动对外界的不良影响。
现有隔振控制方式中，监测振动的加速度传感器与主动控制的压电作动器分体安装，容易产生控制信号相位差，不能精准地隔离设备振动。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种压电作动器，其技术方案如下：
一种压电作动器，包括金属封装外壳以及安装于金属封装外壳内部的压电叠堆结构；该所述的压电叠堆结构包括最底层的绝缘垫片，该绝缘垫片上叠放有用于实现振动传感器功能的第一压电片，该第一压电片至少设置有一片，并且分别引出该第一压电片的正极和负极，作为振动传感器的信号输出端，而该第一压电片上再叠放绝缘垫片，将下方作为振动传感器的第一压电片隔绝开；该绝缘垫片上又叠放有若干个用于驱动功能的第二压电片，该若干个第二压电片合并正极和负极连接驱动电源。
作为优选，所述的所述的金属封装外壳包括上下两部分，而压电叠堆结构被相应约束在上、下部的金属封装外壳内。
作为优选，所述的金属封装外壳的上下部分还均安装有八个用于约束压电叠堆结构的螺纹紧固孔。
作为优选，所述的金属封装外壳的上半部分设置有用于连接振动设备的四个安装孔；而金属封装外壳的下半部分设置有用于固定地面基础的四个安装孔。
作为优选，所述的安装孔设置在螺纹紧固孔的外侧；并且所述的安装孔和螺纹紧固孔均为间隔均匀设置。
作为优选，所述的第一压电片和第二压电片均为陶瓷压电片。
有益效果：本发明具有以下有益效果：本装置的压电堆叠结构中在底层设置一片或多片陶瓷压电片作为检测整体结构振动的传感器，输出振动信号，振动信号直接输入控制器，通过控制器使驱动电源输出驱动信号，使上层的压电片产生反相位振动，二路信号相位可达到高度吻合，有利于最大限度地取得隔振效果；本装置将振动监测加速度传感器与多层压电叠堆作动器合为一体，无需外部安装加速度传感器，并可以达到振动加速度信号和驱动压电作动器控制信号的相位高度吻合，更精准地隔离设备振动影响，采用内置传感器的压电作动器，使得隔振系统结构紧凑，无需外部布置加速度传感器；降低隔振系统总成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中压电叠堆结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1和图2所示，一种压电作动器，包括金属封装外壳1以及安装于金属封装外壳1内部的压电叠堆结构2；该压电叠堆结构2包括最底层的绝缘垫片21，该绝缘垫片21上叠放有用于实现振动传感器功能的第一压电片22，该第一压电片22至少设置有一片，并且分别引出该第一压电片22的正极和负极，作为振动传感器的信号输出端，而该第一压电片22上再叠放绝缘垫片21，将下方作为振动传感器的第一压电片22隔绝开；该绝缘垫片21上又叠放有若干个用于驱动功能的第二压电片23，该若干个第二压电片23合并正极和负极连接驱动电源。
金属封装外壳1包括上下两部分，而压电叠堆结构2被相应约束在上、下部的金属封装外壳内；作为优选，金属封装外壳1的上下部分还均安装有八个用于约束压电叠堆结构2的螺纹紧固孔11。
金属封装外壳1的上半部分设置有用于连接振动设备的四个安装孔12；而金属封装外壳1的下半部分设置有用于固定地面基础的四个安装孔12；
安装孔12设置在螺纹紧固孔11的外侧；并且安装孔12和螺纹紧固孔11均为间隔均匀设置；第一压电片22和第二压电片23均为陶瓷压电片。
本装置的用于主动隔振控制的压电作动器，是由压电叠堆结构和金属封装外壳组成，金属封装外壳主要是约束压电叠堆，另外两端通过安装支脚和基座实现刚性连接和机械连接。
其中的压电叠堆结构由若干片压电陶瓷按照一定极性规律堆叠而成，结构上每片压电陶瓷串联堆叠在一起，电路上并联，即所有的压电陶瓷正极合并为一路、所有的压电陶瓷负极合并为一路。
基于压电材料的逆压电效应，当在正极、负极之间施加一个直流电压，压电叠堆会伸长，伸长的量级为微米级，约为压电叠堆长度的千分之一，使用的参考驱动电压为150vDC；当在正极、负极之间施加一个交流电压，压电叠堆随着电场方向变化，会产生与交流电场信号相同节奏的伸长和缩短，这种有规律的运动，就产生了振动。
主动隔振控制的工作原理就是利用压电叠堆，产生与设备振动相位相反的振动，抵消设备振动的振幅，隔离设备振动对外界的影响。其中，振动相位的控制，是主动隔振控制系统中的关键。
如图2所示，在压电叠堆最底层设置绝缘垫片，上面设置用于振动传感器功能的第一压电片，数量可以是一片或者多片，分别引出压电片的正极和负极，作为振动传感器的信号输出端；第一压电片的上面再设置绝缘垫片，将这部分作为振动传感器用途的第一压电片与其他压电片隔离开。在该绝缘片上在设置驱动用途的第二压电片，多片第二压电片合并正极和负极，连接驱动电源。
基于压电材料的正压电效应，压电材料受力后，电极表面会根据极性方向集聚电荷，输出电荷信号。当压电材料持续受到交变压力时，输出交变电荷信号。
如图2所示，压电叠堆分为二个部分，一部分基于逆压电效应，起到作动器的功能，在电场的驱动下产生振动；另一部分基于正压电效应，起到振动传感器的功能，由于压电叠堆结构被相应的压紧在金属封装壳体内，因此传感器部分完全感受到设备的振动状态，包括振动幅度、频率、相位等基本特征，尤其是作为振动传感器的第一电压片和作为压电作动器的第二压电片在同一位置，加速度传感器采集的振动信号与压电作动器的驱动信号之间的相位可以高度吻合，有利于最大限度地取得隔振效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种压电作动器，其特征在于：包括金属封装外壳(1)以及安装于金属封装外壳(1)内部的压电叠堆结构(2)；该所述的压电叠堆结构(2)包括最底层的绝缘垫片(21)，该绝缘垫片(21)上叠放有用于实现振动传感器功能的第一压电片(22)，该第一压电片(22)至少设置有一片，并且分别引出该第一压电片(22)的正极和负极，作为振动传感器的信号输出端，而该第一压电片(22)上再叠放绝缘垫片(21)，将下方作为振动传感器的第一压电片(22)隔绝开；该绝缘垫片(21)上又叠放有若干个用于驱动功能的第二压电片(23)，该若干个第二压电片(23)合并正极和负极连接驱动电源。
2.根据权利要求1所述的一种压电作动器，其特征在于：所述的所述的金属封装外壳(1)包括上下两部分，而压电叠堆结构(2)被相应约束在上、下部的金属封装外壳内。
3.根据权利要求2所述的一种压电作动器，其特征在于：所述的金属封装外壳(1)的上下部分还均安装有八个用于约束压电叠堆结构(2)的螺纹紧固孔(11)。
4.根据权利要求2所述的一种压电作动器，其特征在于：所述的金属封装外壳(1)的上半部分设置有用于连接振动设备的四个安装孔(12)；而金属封装外壳(1)的下半部分设置有用于固定地面基础的四个安装孔(12)。
5.根据权利要求3或4所述的一种压电作动器，其特征在于：所述的安装孔(12)设置在螺纹紧固孔(11)的外侧；并且所述的安装孔(12)和螺纹紧固孔(11)均为间隔均匀设置。
6.根据权利要求1所述的一种压电作动器，其特征在于：所述的第一压电片(22)和第二压电片(23)均为陶瓷压电片。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111323114A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-06-23 | 山东科大机电科技股份有限公司 | 一种隔离干扰的无线振动传感器及系统 |
| CN112506246A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-16 | 哈尔滨工程大学 | 利用振形控制进行平板上物体的振动主动控制方法 |
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| CN112506246B (zh) * | 2020-12-02 | 2021-09-17 | 哈尔滨工程大学 | 利用振形控制进行平板上物体的振动主动控制方法 |
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