CN207743898U - 一种多压电振子双向驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多压电振子双向驱动器，包括：驱动压电振子、第一支撑腿、第二支撑腿、第一换向压电振子、第二换向压电振子、第一脚支座和第二脚支座，其中：支撑腿布置在驱动压电振子下表面，换向压电振子连接在支撑腿上，脚支座连接在支撑腿自由端。对三压电振子分别施加不同相的交流电压使其发生往复弯曲变形，带动两脚支座相互靠近或远离。在脚支座移动过程中，压电振子驱动支撑腿和脚支座发生一定的扭动，促使脚支座上不同摩擦系数的材料分别与工作面相接触，从而使脚支座产生不同的位移，最终实现驱动器的定向移动。本实用新型实现了双向驱动，且具有结构简单、维护成本低、对工作面的要求较低和延长驱动器中压电陶瓷的使用寿命的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于压电驱动领域，具体涉及一种多压电振子双向驱动器。
背景技术
传统的驱动器具有工作行程大、运动速度快和承载力大的特点，但是传统驱动器体积庞大且运动分辨率不高。现当代随着科学技术发展，微型机械、精密测量和生物医疗都对微型驱动器提出了更高的要求，要求微型驱动器必须实现小体积和高精度。新型微型驱动器主要利用形状记忆合金、磁致伸缩材料、电致伸缩材料和压电陶瓷进行驱动。其中，压电驱动微型驱动器具有定位精度高、响应速度快、抗电磁干扰、功耗小和驱动力大的优点，现有的压电驱动器主要有尺蠖型驱动和惯性驱动两类，但这两类驱动器结构较为复杂，多与工作面刚性接触，对工作环境要求高，易损耗构件不易更换。
发明内容
为了解决目前压电驱动器结构较为复杂，多与工作面刚性接触，对工作环境要求高，易损耗构件不易更换的问题，提出了一种多压电振子双向驱动器，该驱动器由驱动压电振子、第一支撑腿、第二支撑腿、第一换向压电振子和第二换向压电振子、第一脚支座和第二脚支座组成。其中所述驱动压电振子由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述第一支撑腿和第二支撑腿为相同的矩形薄片构件且具有一定的弹性，所述第一支撑腿一端连接在驱动压电振子下表面、另一端为自由端，所述第二支撑腿一端端连接在驱动压电振子下表面、另一端为自由端，所述第一换向压电振子和第二换向压电振子分别连接在第一支撑腿和第二支撑腿上，所述第一脚支座和第二脚支座为结构、大小和材料完全相同的圆柱形构件，所述第一脚支座由第一低摩擦系数材料和第一高摩擦系数材料复合而成，所述第一支撑腿的自由端与第一脚支座连接且第一脚支座的高摩擦系数材料布置在外侧，所述第二支撑腿的自由端与第二脚支座连接且第二脚支座的高摩擦系数材料布置在内侧。将驱动器放置在工作平面上，所述第一脚支座和第二脚支座与工作平面接触。在所述三压电振子上分别施加不同相的交流电压使其发生往复弯曲变形，带动其中两脚支座相互靠近或相互远离。在脚支座移动过程中，脚支座受到与移动方向相反的摩擦力，摩擦力使脚支座和支撑腿发生一定的扭动，促使脚支座上不同摩擦系数的材料分别与工作面相接触，从而使脚支座产生不同的位移，最终实现驱动器的定向移动。该驱动器的正向移动工作原理示意图如图2所示：该驱动器第一脚支座和第二脚支座的左半侧部分分别为第一高摩擦系数材料和第二高摩擦系数材料，右半侧部分分别为第一低摩擦系数材料和第二低摩擦系数材料，当压电振子未通电时，驱动器呈自然状态，支撑腿和脚支座未发生扭动，如图2(a)所示；当驱动压电振子通电产生凹变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到与驱动压电振子驱动电压同相的交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一高摩擦系数材料和第二脚支座的第二低摩擦系数材料与工作面接触，此时第二脚支座的滑移距离明显大于第一脚支座的滑移距离，如图2(b)所示；当驱动压电振子通电产生凸变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一低摩擦系数材料和第二脚支座的第二高摩擦系数材料与工作面接触，此时第一脚支座的滑移距离明显大于第二脚支座的滑移距离，如图2(c)所示；当压电振子再次回到平衡位置时完成一个工作循环，如图2(d)所示。在压电振子通电往复弯曲变形的一个周期内，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离或相互靠近，当第一脚支座和第二脚支座相互远离时，第二脚支座发生较大的滑移，而当第一脚支座和第二脚支座相互靠近时，第一脚支座发生较大的滑移，因此在一个通电周期内驱动器会产生一个向右的步长。该驱动器的反向移动工作原理示意图如图3所示：当压电振子未通电时，驱动器呈自然状态，支撑腿和脚支座未发生扭动，如图3(a)所示：当驱动压电振子通电产生凹变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到与驱动压电振子驱动电压反相的交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一低摩擦系数材料和第二脚支座的第二高摩擦系数材料与工作面接触，此时第一脚支座的滑移距离明显大于第二脚支座的滑移距离，如图3(b)所示；当驱动压电振子通电产生凸变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一高摩擦系数材料和第二脚支座的第二低摩擦系数材料与工作面接触，此时第二脚支座的滑移距离明显大于第一脚支座的滑移距离，如图3(c)所示；当压电振子再次回到平衡位置时完成一个工作循环，如图3(d)所示。在压电振子通电往复弯曲变形的一个周期内，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离或相互靠近，当第以脚支座和第二脚支座相互远离时，第一脚支座发生较大的滑移，而当第一脚支座和第二脚支座相互靠近时，第二脚支座发生较大的滑移，因此在一个通电周期内驱动器会产生一个向左的步长。因此，当第一换向压电振子和第二换向压电振子与驱动压电振子驱动电压同相时，该驱动器实现正向驱动；当第一换向压电振子和第二换向压电振子与驱动压电振子驱动电压反相时，该驱动器实现反向驱动。本实用新型实现了双向驱动，且具有结构简单、维护成本低、对工作面的要求较低和延长驱动器中压电陶瓷的使用寿命的优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本实用新型一种多压电振子双向驱动器，该驱动器由驱动压电振子、第一支撑腿、第二支撑腿、第一换向压电振子和第二换向压电振子、第一脚支座和第二脚支座组正。其中所述驱动压电振子由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述第一支撑腿和第二支撑腿为相同的矩形薄片构件且具有一定的弹性，所述第一支撑腿一端连接在驱动压电振子下表面、另一端为自由端，所述第二支撑腿一端连接在驱动压电振子下表面、另一端为自由端，所述第一换向压电振子和第二换向压电振子分别连接在第一支撑腿和第二支撑腿上，所述第一脚支座和第二脚支座为结构、大小和材料完全相同的圆柱形构件，所述第一脚支座由第一低摩擦系数材料和第一高摩擦系数材料复合而成，所述第一支撑腿的自由端与第一脚支座连接且第一脚支座的高摩擦系数材料布置在外侧，所述第二支撑腿的自由端与第二脚支座连接且第二脚支座的高摩擦系数材料布置在内侧。
工作时，将驱动器放置在工作平面上，所述第一脚支座和第二脚支座与工作平面接触。在所述三压电振子上分别施加不同相的交流电压使其发生往复弯曲变形，带动其中两脚支座相互靠近或相互远离。在脚支座移动过程中，脚支座受到与移动方向相反的摩擦力，摩擦力使脚支座和支撑腿发生一定的扭动，促使脚支座上不同摩擦系数的材料分别与工作面相接触，从而使脚支座产生不同的位移，最终实现驱动器的定向移动。该驱动器的正向移动工作原理示意图如图2所示：该驱动器第一脚支座和第二脚支座的左半侧部分分别为第一高摩擦系数材料和第二高摩擦系数材料，右半侧部分分别为第一低摩擦系数材料和第二低摩擦系数材料，当压电振子未通电时，驱动器呈自然状态，支撑腿和脚支座未发生扭动，如图2(a)所示；当驱动压电振子通电产生凹变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到与驱动压电振子驱动电压同相的交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一高摩擦系数材料和第二脚支座的第二低摩擦系数材料与工作面接触，此时第二脚支座的滑移距离明显大于第一脚支座的滑移距离，如图2(b)所示；当驱动压电振子通电产生凸变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一低摩擦系数材料和第二脚支座的第二高摩擦系数材料与工作面接触，此时第一脚支座的滑移距离明显大于第二脚支座的滑移距离，如图2(c)所示；当压电振子再次回到平衡位置时完成一个工作循环，如图2(d)所示。在压电振子通电往复弯曲变形的一个周期内，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离或相互靠近，当第一脚支座和第二脚支座相互远离时，第二脚支座发生较大的滑移，而当第一脚支座和第二脚支座相互靠近时，第一脚支座发生较大的滑移，因此在一个通电周期内驱动器会产生一个向右的步长。该驱动器的反向移动工作原理示意图如图3所示：当压电振子未通电时，驱动器呈自然状态，支撑腿和脚支座未发生扭动，如图3(a)所示：当驱动压电振子通电产生凹变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到与驱动压电振子驱动电压反相的交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一低摩擦系数材料和第二脚支座的第二高摩擦系数材料与工作面接触，此时第一脚支座的滑移距离明显大于第二脚支座的滑移距离，如图3(b)所示；当驱动压电振子通电产生凸变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一高摩擦系数材料和第二脚支座的第二低摩擦系数材料与工作面接触，此时第二脚支座的滑移距离明显大于第一脚支座的滑移距离，如图3(c)所示；当压电振子再次回到平衡位置时完成一个工作循环，如图3(d)所示。在压电振子通电往复弯曲变形的一个周期内，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离或相互靠近，当第以脚支座和第二脚支座相互远离时，第一脚支座发生较大的滑移，而当第一脚支座和第二脚支座相互靠近时，第二脚支座发生较大的滑移，因此在一个通电周期内驱动器会产生一个向左的步长。因此，当第一换向压电振子和第二换向压电振子与驱动压电振子驱动电压同相时，该驱动器实现正向驱动；当第一换向压电振子和第二换向压电振子与驱动压电振子驱动电压反相时，该驱动器实现反向驱动。本实用新型实现了双向驱动，且具有结构简单、维护成本低、对工作面的要求较低和延长驱动器中压电陶瓷的使用寿命的优点。
附图说明
图1是本实用新型一种多压电振子双向驱动器结构示意图。
图2是本实用新型一种多压电振子双向驱动器正向驱动过程示意图。
图3是本实用新型一种多压电振子双向驱动器反向驱动过程示意图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，本实用新型一种多压电振子双向驱动器是由驱动压电振子1、第一支撑腿2、第二支撑腿3、第一换向压电振子4和第二换向压电振子5、第一脚支座6和第二脚支座7组成，其中：
所述驱动压电振子1由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述第一支撑腿2和第二支撑腿3为相同的矩形薄片构件且具有一定的弹性，所述第一支撑腿2一端连接在驱动压电振子1下表面、另一端为自由端，所述第二支撑腿3一端连接在驱动压电振子1下表面、另一端为自由端，所述第一换向压电振子4和第二换向压电振子5分别连接在第一支撑腿2和第二支撑腿3上，所述第一脚支座6和第二脚支座7为结构、大小和材料完全相同的圆柱形构件，所述第一脚支座6由第一高摩擦系数材料61和第一低摩擦系数材料62复合而成，所述第一支撑腿2的自由端与第一脚支座6连接且第一脚支座6的第一高摩擦系数材料61布置在外侧，所述第二支撑腿3的自由端与第二脚支座7连接且第二脚支座7的第二高摩擦系数材料71布置在内侧。
工作时，将驱动器放置在工作平面上，所述第一脚支座和第二脚支座与工作平面接触。在所述三压电振子上分别施加不同相的交流电压使其发生往复弯曲变形，带动其中两脚支座相互靠近或相互远离。在脚支座移动过程中，脚支座受到与移动方向相反的摩擦力，摩擦力使脚支座和支撑腿发生一定的扭动，促使脚支座上不同摩擦系数的材料分别与工作面相接触，从而使脚支座产生不同的位移，最终实现驱动器的定向移动。该驱动器的正向移动工作原理示意图如图2所示：该驱动器第一脚支座和第二脚支座的左半侧部分分别为第一高摩擦系数材料和第二高摩擦系数材料，右半侧部分分别为第一低摩擦系数材料和第二低摩擦系数材料，当压电振子未通电时，驱动器呈自然状态，支撑腿和脚支座未发生扭动，如图2(a)所示；当驱动压电振子通电产生凹变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到与驱动压电振子驱动电压同相的交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一高摩擦系数材料和第二脚支座的第二低摩擦系数材料与工作面接触，此时第二脚支座的滑移距离明显大于第一脚支座的滑移距离，如图2(b)所示；当驱动压电振子通电产生凸变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一低摩擦系数材料和第二脚支座的第二高摩擦系数材料与工作面接触，此时第一脚支座的滑移距离明显大于第二脚支座的滑移距离，如图2(c)所示；当压电振子再次回到平衡位置时完成一个工作循环，如图2(d)所示。在压电振子通电往复弯曲变形的一个周期内，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离或相互靠近，当第一脚支座和第二脚支座相互远离时，第二脚支座发生较大的滑移，而当第一脚支座和第二脚支座相互靠近时，第一脚支座发生较大的滑移，因此在一个通电周期内驱动器会产生一个向右的步长。该驱动器的反向移动工作原理示意图如图3所示：当压电振子未通电时，驱动器呈自然状态，支撑腿和脚支座未发生扭动，如图3(a)所示：当驱动压电振子通电产生凹变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到与驱动压电振子驱动电压反相的交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一低摩擦系数材料和第二脚支座的第二高摩擦系数材料与工作面接触，此时第一脚支座的滑移距离明显大于第二脚支座的滑移距离，如图3(b)所示；当驱动压电振子通电产生凸变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，同时第一换向压电振子和第二换向压电振子受到交变电压驱动，使支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的第一高摩擦系数材料和第二脚支座的第二低摩擦系数材料与工作面接触，此时第二脚支座的滑移距离明显大于第一脚支座的滑移距离，如图3(c)所示；当压电振子再次回到平衡位置时完成一个工作循环，如图3(d)所示。在压电振子通电往复弯曲变形的一个周期内，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离或相互靠近，当第以脚支座和第二脚支座相互远离时，第一脚支座发生较大的滑移，而当第一脚支座和第二脚支座相互靠近时，第二脚支座发生较大的滑移，因此在一个通电周期内驱动器会产生一个向左的步长。因此，当第一换向压电振子和第二换向压电振子与驱动压电振子驱动电压同相时，该驱动器实现正向驱动；当第一换向压电振子和第二换向压电振子与驱动压电振子驱动电压反相时，该驱动器实现反向驱动。本实用新型实现了双向驱动，且具有结构简单、维护成本低、对工作面的要求较低和延长驱动器中压电陶瓷的使用寿命的优点。
Claims (1)
1.一种多压电振子双向驱动器，包括：驱动压电振子(1)、第一支撑腿(2)、第二支撑腿(3)、第一换向压电振子(4)和第二换向压电振子(5)，其特征在于还包括实现双向驱动的第一脚支座(6)和第二脚支座(7)；其中所述驱动压电振子(1)由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述第一支撑腿(2)和第二支撑腿(3)为相同的矩形薄片构件且具有一定的弹性，所述第一支撑腿(2)一端布置在驱动压电振子(1)下表面、另一端为自由端，所述第二支撑腿(3)一端连接在驱动压电振子(1)下表面、另一端为自由端，所述第一换向压电振子(4)和第二换向压电振子(5)分别连接在第一支撑腿(2)和第二支撑腿(3)上，所述第一脚支座(6)和第二脚支座(7)为结构、大小和材料完全相同的圆柱形构件，所述第一脚支座(6)由第一高摩擦系数材料(61)和第一低摩擦系数材料(62)复合而成，所述第一支撑腿(2)的自由端与第一脚支座(6)连接且第一脚支座(6)的第一高摩擦系数材料(61)布置在外侧，所述第二支撑腿(3)的自由端与第二脚支座(7)连接且第二脚支座(7)的第二高摩擦系数材料(71)布置在内侧。
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| CN201820050061.2U CN207743898U (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 一种多压电振子双向驱动器 |
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| CN107947627A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-04-20 | 吉林大学 | 一种多压电振子双向驱动器 |
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2018
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Legal Events
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