CN112271956B - 一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器的作动方法 - Google Patents

Abstract

一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器及作动方法，该作动器包括壳体，位于壳体内部的两个压电堆，两个压电堆中间安装有U形输出梁，两个压电堆的另外两个端面分别与壳体内部底面、上盖面接触，上盖包含通孔，U形输出梁穿过上盖通孔通过输出杆固定螺钉与输出杆连接，上盖通过紧固螺钉与壳体固定；两个压电堆的导线通过壳体的引线孔引出；在作动器断电位移保持区间内，当输出杆缩进时，同时分别对两个压电堆施加负向电压U1、正向电压U2，后降为0V，可保持位移d1；当输出杆伸长时，同时分别对每个压电堆施加正向电压U1、负向电压U2，后降为0V，可保持位移d2。本发明为断电位移保持、推拉对称作动、高精度作动提供了有效的解决方案。

Description

一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器的作动方法

技术领域

本发明涉及压电材料作动器，具体涉及一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器及作动方法。

背景技术

微位移的作动及基于极高精度的大变形作动技术是科学仪器、航天器精确指向、材料工程、高精度机加工等领域的核心技术。目前多由压电材料执行核心作动任务，压电材料可为精密调节提供材料基础，与机构配合可实现高精度的位移控制。基于压电效应开发的具有断电锁止功能的作动器，均需要锁止机构，多采用电动部件驱动锁止的方式，然而由于增大了机构尺寸、对驱动控制器有更高的要求，其作动精度多为单步位移长度(>100nm)，在小体积、高作动精度(1-100nm) 的领域受限，难以进一步发展。另外直驱型的压电作动器多具有双向不对称的特性，在高精度作动调节领域使用受限。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器及作动方法，为解决断电位移保持、小机构尺寸、推拉双向对称、高精度作动技术提供了有效的解决方案。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器，包括壳体1，位于壳体1内部的左压电堆4-1和右压电堆4-2，左压电堆4-1和右压电堆4-2中间安装有U形输出梁5，右压电堆4-2置于U形输出梁5 的U形空腔内且与U形空腔底部接触，左压电堆4-1置于U形输出梁5左端且与U形输出梁5底部接触，左压电堆4-1的左侧端面与壳体1内部底面接触，右压电堆4-2的右侧端面与上盖2面接触，固定在壳体1上的上盖2包含通孔，U形输出梁5的带螺钉孔的一端穿过上盖1通孔并通过输出杆固定螺钉7与输出杆3连接；左压电堆4-1 和右压电堆4-2的导线通过壳体1的引线孔引出。

所述输出杆3提供的作动位移和作动力由左压电堆4-1和右压电堆4-2的推力共同提供。

所述上盖2通过紧固螺钉6连接于壳体1上。

所述左压电堆4-1和右压电堆4-2通过紧固螺钉6预紧于外壳2、 U形输出梁5和上盖2内。

所述的一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器的作动方法，压电堆的压电材料在周期性加载时，压电堆在每个电压状态均具有两个位移状态，而当激励电压跨0V时，在0V时同样有两个位移状态，此位移状态与加载历史相关；在作动器断电位移保持区间内，当输出杆3缩进时，对左压电堆4-1施加负向电压U1，左压电堆4-1 缩短，同时对右压电堆4-2施加正向电压U2，右压电堆4-2向左伸长，带动与U形输出梁5连接的输出杆3向左缩进，后使左压电堆4-1和右压电堆4-2施加电压降为0V，可保持位移d1，当需要可保持位移 d1增大时，需增大负向电压U1和正向电压U2；当输出杆3伸长时，对右压电堆4-2施加负向电压U2，右压电堆4-2缩短，同时对左压电堆4-1施加正向电压U1，左压电堆4-1向右伸长推动U形输出梁5 向右运动，进而带动输出杆3向右伸长，后使左压电堆4-1和右压电堆4-2施加电压降为0V，可保持位移d2，当需要可保持位移d2增大时，需增大正向电压U1和负向电压U2。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1)相对于传统的具有断电锁止功能的压电材料作动器技术，本发明无需电动部件驱动锁止结构，通过加载历史实现压电材料断电位移保持功能，作动机构尺寸小。

2)相对于应变记忆合金，本发明具有可连续调节的可断电保持位移，作动器作动精度高。

3)相比于单个压电堆的驱动方式，本发明具有双向推拉对称性。

附图说明

图1为本发明压电作动器的结构图。

图2为单个压电堆作动时的作动过程图。

图3为本发明工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器，包括壳体1，位于壳体1内部的左压电堆4-1和右压电堆4-2，左压电堆4-1和右压电堆4-2中间安装有U形输出梁5，右压电堆4-2 置于U形输出梁5的U形空腔内且与U形空腔底部接触，左压电堆 4-1置于U形输出梁5左端且与U形输出梁5底部接触，左压电堆4-1 的左侧端面与壳体1内部底面接触，右压电堆4-2的右侧端面与上盖 2面接触，固定在壳体1上的上盖2包含通孔，U形输出梁5的带螺钉孔的一端穿过上盖1通孔并通过输出杆固定螺钉7与输出杆3连接；左压电堆4-1和右压电堆4-2的导线通过壳体1的引线孔引出。

作为本发明的优选实施方式，所述上盖2通过紧固螺钉6连接于壳体1上。

作为本发明的优选实施方式，所述左压电堆4-1和右压电堆4-2 通过紧固螺钉6预紧于外壳2、U形输出梁5和上盖2内。

作为本发明的优选实施方式，所述左压电堆4-1和右压电堆4-2 规格型号相同。

本发明所述一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器的作动方法，如图2所示，压电堆的压电材料在周期性加载时，压电堆在每个电压状态均具有两个位移状态，而当激励电压跨0V时，在0V 时同样有两个位移状态，此位移状态与加载历史相关；在作动器断电位移保持区间内，当输出杆3缩进时，如图3所示，对左压电堆4-1 施加负向电压U1，左压电堆4-1缩短，同时对右压电堆4-2施加正向电压U2，右压电堆4-2向左伸长，带动与U形输出梁5连接的输出杆3向左缩进，后使左压电堆4-1和右压电堆4-2施加电压降为0V，可保持位移d1，当需要可保持位移d1增大时，需增大负向电压U1 和正向电压U2；当输出杆3伸长时，对右压电堆4-2施加负向电压 U2，右压电堆4-2缩短，同时对左压电堆4-1施加正向电压U1，左压电堆4-1向右伸长推动U形输出梁5向右运动，进而带动输出杆3 向右伸长，后使左压电堆4-1和右压电堆4-2施加电压降为0V，可保持位移d2，当需要可保持位移d2增大时，需增大正向电压U1和负向电压U2。

Claims (3)

1.一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器的作动方法，所述压电作动器包括壳体(1)，位于壳体(1)内部的左压电堆(4-1)和右压电堆(4-2)，左压电堆(4-1)和右压电堆(4-2)中间安装有U形输出梁(5)，右压电堆(4-2)置于U形输出梁(5)的U形空腔内且与U形空腔底部接触，左压电堆(4-1)置于U形输出梁(5)左端且与U形输出梁(5)底部接触，左压电堆(4-1)的左侧端面与壳体(1)内部底面接触，右压电堆(4-2)的右侧端面与上盖(2)面接触，固定在壳体(1)上的上盖(2)包含通孔，U形输出梁(5)的带螺钉孔的一端穿过上盖(1)通孔并通过输出杆固定螺钉(7)与输出杆(3)连接；左压电堆(4-1)和右压电堆(4-2)的导线通过壳体(1)的引线孔引出；所述输出杆(3)提供的作动位移和作动力由左压电堆(4-1)和右压电堆(4-2)的推力共同提供；

其特征在于：所述作动方法为：压电堆的压电材料在周期性加载时，压电堆在每个电压状态均具有两个位移状态，而当激励电压跨0V时，在0V时同样有两个位移状态，此位移状态与加载历史相关；在作动器断电位移保持区间内，当输出杆(3)缩进时，对左压电堆(4-1)施加负向电压U1，左压电堆(4-1)缩短，同时对右压电堆(4-2)施加正向电压U2，右压电堆(4-2)向左伸长，带动与U形输出梁(5)连接的输出杆(3)向左缩进，后使左压电堆(4-1)和右压电堆(4-2)施加电压降为0V，可保持位移d1，当需要可保持位移d1增大时，需增大负向电压U1和正向电压U2；当输出杆(3)伸长时，对右压电堆(4-2)施加负向电压U2，右压电堆(4-2)缩短，同时对左压电堆(4-1)施加正向电压U1，左压电堆(4-1)向右伸长推动U形输出梁(5)向右运动，进而带动输出杆(3)向右伸长，后使左压电堆(4-1)和右压电堆(4-2)施加电压降为0V，可保持位移d2，当需要可保持位移d2增大时，需增大正向电压U1和负向电压U2。

2.根据权利要求1所述的一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器的作动方法，其特征在于：所述上盖(2)通过紧固螺钉(6)连接于壳体(1)上。

3.根据权利要求1所述的一种可断电保持位移的推拉对称的压电作动器的作动方法，其特征在于：所述左压电堆(4-1)和右压电堆(4-2)通过紧固螺钉(6)预紧于外壳(2)、U形输出梁(5)和上盖(2)内。

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