圆周旋转型压电拨动机构及圆周旋转型压电执行器的制作方法

本实用新型涉及驱动装置技术领域，具体而言，涉及一种圆周旋转型压电拨动机构及圆周旋转型压电执行器。

背景技术：

压电执行器是一种将压电陶瓷逆压电效应激发的微观振动作为驱动力，通过多种振动模式的转换与耦合，使电能转变成机械能的驱动装置。

现有的压电执行器在实际应用中，其拨动机构的结构通常包括基底和粘贴于基底的多个拨动腿，每个拨动腿通常由两片块体压电陶瓷材料粘接形成。该拨动机构的工作原理如下：对拨动腿施加电场使压电陶瓷通电，压电陶瓷利用其d31极化方向通电后产生伸缩，从而推动压紧于拨动腿上方的平板运动。

压电执行器通常利用压电陶瓷的伸缩作为动力来源，但是压电陶瓷的抗拉伸能力较差，能承受的拉应力较小，由于压电陶瓷在工作时一直交替承受着拉应力和压应力，压电类执行器通常容易损坏，寿命较短。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种圆周旋转型压电拨动机构，其能够增加压电陶瓷的使用寿命，并且能够增大拨动机构的输出力矩。

本实用新型的另一个目的在于提供一种圆周旋转型压电执行器，其克服了传统执行器的输出力矩小、使用寿命短等缺陷。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种圆周旋转型压电拨动机构，其包括基底和多根拨动腿，拨动腿的根数为不小于四的偶数，多根拨动腿共圆周设置于基底，每根拨动腿的侧壁设置有至少一个卡槽，每个卡槽内嵌设有压电陶瓷块，压电陶瓷块的极化方向沿拨动腿的伸缩方向设置。

一种圆周旋转型压电执行器，其包括活动盖板、封装外壳以及上述的圆周旋转型压电拨动机构，封装外壳具有一端开口的内容腔，圆周旋转型压电拨动机构设置于内容腔且拨动腿朝向内容腔的开口方向延伸，活动盖板的横截面为圆形，活动盖板活动设置于开口处，拨动腿的远离基底的端面与活动盖板抵靠。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型提供的圆周旋转型压电拨动机构及圆周旋转型压电执行器，该圆周旋转型压电拨动机构包括基底和共圆周设置于基底的偶数根拨动腿，偶数根拨动腿的共圆周设置用于输圆周路径的运动。该拨动腿在侧壁开设卡槽用于嵌设压电陶瓷块，压电陶瓷块通电后产生的伸缩位移量通过拨动腿进行放大，能够增大圆周旋转型压电拨动机构的输出力矩。此外，压电陶瓷块采用嵌设方式设置，卡槽的高度和压电陶瓷块收缩时的高度大致相同，使压电陶瓷块在通电工作状态中主要受压应力的作用，能够有效避免压电陶瓷块受到拉应力的作用从而能够增加压电陶瓷块的使用寿命。该圆周旋转型压电执行器采用上述圆周旋转型压电拨动机构作为定子，其输出力矩大，使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的圆周旋转型压电执行器的剖视图；

图2为本实用新型实施例提供的圆周旋转型压电拨动机构的剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的拨动腿的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的圆周旋转型压电执行器的工作状态示意图。

图中：

图标：100-圆周旋转型压电执行器；110-封装外壳；111-开口；112-内容腔；120-活动盖板；130-圆周旋转型压电拨动机构；131-基底；132-拨动腿；133-端面；134-第一拨动腿；135-第二拨动腿；136-第三拨动腿；137-第四拨动腿；138-压电陶瓷块；139-凸起；140-耐摩擦层。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，“垂直”、“平行”等术语并不表示要求部件之间绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，本实施例提供一种圆周旋转型压电执行器100，其包括活动盖板120、封装外壳110以及圆周旋转型压电拨动机构130。

封装外壳110上端设有开口111，封装外壳110内部设有与开口111连通的内容腔112，圆周旋转型压电拨动机构130通过开口111设置于封装外壳110内部的内容腔112，活动盖板120设置于开口111处用于封闭上述开口111，圆周旋转型压电拨动机构130抵靠活动盖板120的靠近封装外壳110的一侧。

具体地，本实施例提供的圆周旋转型压电拨动机构130包括基底131和设置于基底131上的多根拨动腿132。

基底131设置于内容腔112内，基底131远离开口111的一侧抵靠封装外壳110的远离开口111的侧壁。

拨动腿132的根数为不小于四的偶数。拨动腿132朝向开口111方向延伸且与基底131大致垂直。圆周旋转型压电执行器100通过拨动腿132的远离基底131的一端与活动盖板120抵靠。

请参阅图2，在本实施例中，基底131的横截面呈大致的圆形，拨动腿132包括第一拨动腿134、第二拨动腿135、第三拨动腿136以及第四拨动腿137四根，四根上述拨动腿132大致设置于基底131的外圆周上，沿圆周延伸方向的相邻的两个拨动腿132之间的距离大致相同，每根拨动腿132的高度大致相同。

由于圆周旋转型压电执行器100用于输出圆周旋转运动，活动盖板120的大致垂直于拨动腿132的横截面呈圆形。

在本实施例中，拨动腿132和基底131采用一体成型的连接方式。在传统的拨动机构的制备工艺中，通常采用粘贴式的连接方式进行拨动腿132与基底131的连接，拨动腿132与基底131的连接不稳定，在拨动腿132受到横向冲击力时易松动或者脱离。拨动腿132与基底131的一体成型的连接方式能够增强拨动腿132和基底131连接的稳定性，同时简化了制备工艺。

需要说明的是，拨动腿132与基底131的连接不限于一体成型的连接方式，其还可以采用焊接、卡接等稳定性好的连接方式。

具体地，请参阅图3，每个拨动腿132的侧壁设置有沿拨动腿132轴向对称的两个卡槽，每个卡槽内嵌设有压电陶瓷块138，每个拨动腿132的远离基底131的端面133设有凸起139和耐摩擦层140。

拨动腿132通过嵌设于卡槽内的压电陶瓷块138的伸缩实现伸缩与振动。拨动腿132可采用与压电陶瓷块138热膨胀系数相近的瓷封合金，其适用于环境温度变化较大的使用环境。此外，拨动腿132的材料也可以采用弹性模量较高的铍青铜、磷青铜或钛合金等弹性模量较高的材料。

压电陶瓷块138嵌设于拨动腿132侧壁的卡槽内，压电陶瓷块138的极化方向和基底131大致垂直。优选地，压电陶瓷块138由多个压电陶瓷片堆叠而成，多个压电陶瓷片堆叠的方向与压电陶瓷块138伸缩方向大致垂直，该叠堆方式制成的压电陶瓷块138基于d33方向工作，其压电系数比d31方向工作的压电陶瓷块138的压电系数大至少3倍，伸缩效果明显，驱动电压较低。

压电陶瓷块138采用嵌设的方式设置于卡槽内，使压电陶瓷块138非伸缩状态的高度大于卡槽的高度，优选地，卡槽的高度和压电陶瓷块138收缩状态下的高度大致相同。

当压电陶瓷块138和外部电路连通时，压电陶瓷块138在电场的作用下产生沿竖直方向的伸缩，由于卡槽的高度小于电陶瓷块非伸缩状态的高度，使压电陶瓷块138在伸缩过程中主要受到卡槽的上下侧壁产生的压应力的作用。压电陶瓷块138嵌设于卡槽的设置方式，能够有效地避免压电陶瓷块138在工作时受到拉应力的作用，提高压电陶瓷块138的使用寿命。

此外，将压电陶瓷块138设置于拨动腿132的侧壁，当压电陶瓷块138和外部电路连通时，可以通过拨动腿132放大压电陶瓷块138的位移量，从而增大圆周旋转型压电拨动机构130的输出力矩。

在本实施例中，嵌设于第一拨动腿134和第三拨动腿136的压电陶瓷块138的极化方向大致垂直于基底131并朝向远离所述基底131的一端，嵌设于第二拨动腿135和第四拨动腿137的压电陶瓷块138的极化方向大致垂直于基底131并朝向靠近所述基底131的一端。

压电陶瓷块138的上述设置方式，使每根拨动腿132上设置的压电陶瓷块138的极化方向相同，沿圆周方向的相邻两根拨动腿132上设置的压电陶瓷块138的极化方向反向，使每个拨动腿132能够接入相同的组合电路，简化了外部电路。

需要说明的是，压电陶瓷块138的设置不限于上述设置方式，第一拨动腿134、第二拨动腿135、第三拨动腿136以及第四拨动腿137上嵌设的压电陶瓷块138的极化方向可以相同，嵌设于每根拨动腿132上的压电陶瓷块138的极化方向也可以相反。

在本实施例中，拨动腿132的横截面为矩形，两个卡槽对称分布于拨动腿132的与基底131中心处相对的两个侧壁，每个卡槽贯穿拨动腿132的未设置卡槽的两个侧壁。设置于拨动腿132的两侧壁的相对的两个卡槽之间的间距为拨动腿132左右宽度的1/4-1/2。该设置方式能够使压电陶瓷块138能够提供足够的推力带动拨动腿132运动。优选地，该间距为拨动腿132左右宽度的1/3。

将卡槽对称设置于拨动腿132的两侧，在压电陶瓷块138产生伸缩形变量时，可以使拨动腿132在拨动方向产生谐振，进一步增大拨动腿132的输出力矩。

需要说明的是，拨动腿132的横截面不限于矩形，也可以呈圆形等，拨动腿132的形状只要能实现两个卡槽的对称设置即可。卡槽的个数也不限于两个，其可以为一个或其他偶数个例如为四个、六个或八个等，可以根据不同的推力需求量进行选择。

在本实施例中，上述两个卡槽设置于拨动腿132的侧壁的靠近基底131的一端，该设置方式能够尽可能地放大压电陶瓷块138产生的位移量，提高输出的力矩。

需要说明的是，上述两个卡槽也可以设置于拨动腿132的侧壁的中部或者远离基底131的一端，将卡槽设置于远离基底131时，压电陶瓷块138到拨动腿132的端面133的距离减小，拨动腿132的输出力矩变小，拨动腿132的拨动速度提升。

上述凸起139设置于拨动腿132的远离基底131的端面133，该凸起139为于端面133的中心处附近。当拨动腿132进行伸长和收缩时，通过凸起139与活动盖板120接触进行拨动。该凸起139的设置能够增加拨动腿132与活动盖板120的接触时间，从而增强拨动腿132的拨动效果。

耐摩擦层140设置于凸起139的远离基底131的一段端面133，耐摩擦层140的设置用于增强拨动腿132与活动盖板120的摩擦性能，同时耐摩擦层140的设置能够对拨动腿132进行有效的保护。耐摩擦层140的材料可以选用高摩擦系数和高耐磨性能的金属和非金属复合材料等耐摩擦材料。

需要说明的是，上述凸起139不是必须的，还可以增大耐摩擦层140在大致垂直于基底131方向的厚度代替凸起139进行拨动。

本实施例提供的圆周旋转型压电拨动机构130工作时，在嵌设于拨动腿132的靠近基底131中心的侧壁开设的卡槽内的压电陶瓷块138上接入第一电路，第一电路的电信号为：在嵌设于拨动腿132的远离基底131中心的侧壁开设的卡槽内的压电陶瓷块138上接入第二电路，第二电路的电信号为其中第一电路与第二电路的电场方向沿压电陶瓷块138的伸缩方向设置。

Am代表电压幅值，at为时变量，为控制变量。当圆周旋转型压电拨动机构130全速运行时，圆周旋转型压电拨动机构130的运行速度通过调节的大小实现。

请参阅图4，在上述电信号的作用下，当第一拨动腿134和第三拨动腿136同时伸长抵靠活动盖板120时，则第二拨动腿135和第四拨动腿137同时缩短远离活动盖板120；当第一拨动腿134和第三拨动腿136同时缩短远离活动盖板120时，则第二拨动腿135和第四拨动腿137同时伸长抵靠活动盖板120。拨动腿132的顶端做椭圆运动，从而拨动活动盖板120朝特定的方向进行圆周旋转运动。

本实施例提供的圆周旋转型压电拨动机构130，其四根拨动腿132共圆周设置，间隔设置的两个拨动腿132同时伸长或收缩，在一条直线上同时伸长的两个拨动腿132支撑沿圆周旋转运动的活动盖板120。

优选地，拨动腿132的根数还可以设置为六根，六根拨动腿132共圆周均匀设置。当圆周旋转型压电拨动机构130工作时，同时伸长或缩短的拨动腿132为三根，且三个拨动腿132呈三角形设置，能够稳定支撑呈圆周运动的活动盖板120。需要说明的是，拨动腿132的根数还可以为不小于四根的其他偶数根数，例如八根、十根、十二根等。

综上，本实用新型提供的圆周旋转型压电拨动机构130，将压电陶瓷块138嵌设于开设于拨动腿132侧壁的卡槽内，使压电陶瓷块138在工作时主要承受压应力的作用，能够有效避免压电陶瓷块138受到拉应力的作用从而延长了压电陶瓷块138的使用寿命。此外，将压电陶瓷块138设置于拨动腿132的侧壁，通过拨动腿132放大压电陶瓷块138通电后产生的位移量，增大了圆周旋转型压电拨动机构130的输出力矩。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。