一种夹持式直线型压电驱动器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种夹持式直线型压电驱动器，其包括导轨、由第一支脚、第二支脚组成的支撑部、柔性弹片和压电叠堆，支撑部用于支持导轨，所述的柔性弹片设置于第一支脚和第二支脚之间，压电叠堆嵌设于柔性弹片的开孔内，所述的第一支脚和第二支脚与导轨之间可产生相对运动。本实用新型的夹持式直线型压电驱动器采用压电叠堆作为驱动源及特殊结构的夹持装置，具有断电自锁功能，而且能够实现被驱动物体的直线运动。该种结构的直线型压电驱动器具有结构简单、体积小易于微型化、抗干扰能力强、安装方便、可操作性强及可调范围广等优点，有助于直线型压电驱动器在现实领域的应用，推进了压电驱动器的发展。
【专利说明】一种夹持式直线型压电驱动器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种压电驱动器，特别是一种利用压电叠堆驱动的直线型压电驱动器，属于压电应用领域。
【背景技术】
[0002]压电驱动器与传统电机相比，具有结构简单、小型轻量、响应速度快、噪声低、低速大转矩、控制特点好、断电自锁、运动准确等优点，另外还具有耐低温、真空等适应太空环境的特点。但是，现有技术中的直线型压电驱动器仍然存在结构紧凑性不足、装配难度高、可操作性弱、控制精度低、性能稳定性差、可调范围窄等问题，一定程度上阻碍了压电驱动器的发展进程。传统的尺蠖式压电驱动器采用压电叠堆加电箝位，在运动过程中要求箝位机构提供足够大的箝位力，同时由于压电叠堆的变形较小，接触面的轻微变形就会影响箝位力，从而影响了直线型压电驱动器的性能，为此对机械加工和装配提出了很高的要求，影响了其推广和应用。
[0003]压电驱动器近年来受到越来越多的国内外学者的关注，发展形势相当可观，具有相当广泛的应用前景。相对于传统的电磁型电机，该种直线型压电驱动器不仅有压电驱动器所具有的优点，而且能够实现直线型电机中被驱动物体的直线运动，采用改进的箝位机构实现断电箝位，使得电机具有对机械加工和装配要求低、驱动力大、可操控性高、制造成本较低、易于设计、结构对称、工作面多、功耗低、使用寿命长等优点。
【发明内容】
[0004]技术问题
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种夹持式直线型压电驱动器，该压电驱动器采用压电叠堆作为驱动源，及采用特殊结构的夹持装置。有效的提高了压电驱动器的控制精度，而且结构简单、易于装配、可操控性强、抗干扰能力强。
[0006]技术方案
[0007]为了解决上述的技术问题，本实用新型的夹持式直线型压电驱动器包括导轨、由第一支脚、第二支脚组成的支撑部、柔性弹片和压电叠堆，支撑部用于支持导轨，其中，所述的柔性弹片设置于第一支脚和第二支脚之间并且两端分别与第一支脚和第二支脚连接；所述的压电叠堆嵌设于柔性弹片的开孔内；所述的第一支脚具有与导轨相连接的第一支脚本体和延伸出第一支脚本体的第一、第二支撑腿，第一、第二支撑腿相对的表面分别设有第一、第二电磁铁；所述的第二支脚具有与导轨相连接的第二支脚本体和延伸出第二支脚本体的第三、第四支撑腿，第三、第四支撑腿相对的表面分别设有第三、第四电磁铁；所述的第一支脚本体和第二支脚本体与导轨之间可产生相对运动。其中，各支撑腿相对表面设置的电磁铁未施加驱动电压时处于自由状态，电磁铁之间不产生作用力的作用。
[0008]更进一步地，所述的柔性弹片的第一端通过第一螺栓固定在第一支脚本体上，其第二端通过第二螺栓固定在第二支脚本体上。[0009]更进一步地，所述的第一、第二螺栓与压电叠堆相接触的表面为球面。在紧固螺栓时，螺栓球面与压电叠堆相接触表面之间产生一沿螺栓轴向的摩擦作用力，为了加大其与压电叠堆之间的摩擦力，螺栓与压电叠堆相接触的表面采用球面设计，有效的防止了压电叠堆松动。
[0010]更进一步地，所述的压电叠堆与第一、第二螺栓相接触的端面分别涂有高性能的导电绝缘材料。
[0011]更进一步地，所述的第一支脚本体朝向导轨的表面具有第一 U形缺口，背离导轨的表面具有第二 U形缺口，第一 U形缺口与第二 U形缺口不连通并且通过第一连接桥连接；第二支脚本体朝向导轨的表面具有第三U形缺口，背离导轨的表面具有第四U形缺口，第三U形缺口与第四U形缺口不连通并且通过第二连接桥连接。各支脚本体中，两个U形缺口与其间的连接桥构成一杠杆结构，其中所述的连接桥相当于杠杆的支点。
[0012]更进一步地，所述的第一支脚本体和第二支脚本体之间设有预紧弹簧，所述预紧弹簧两端分别通过固定螺栓固定在第一 U形缺口和第三U形缺口处，为第一 U形缺口和第三U形缺口两侧提供预紧力。
[0013]更进一步地，所述的导轨与第一 U形缺口和第三U形缺口对应的位置设有凸块。当本装置处于原始状态时，所述的凸块内嵌于第一 U形缺口和第三U形缺口中。由于预紧弹簧的作用，第一、第三U形缺口两侧壁对导轨的凸块产生一压力作用，从而将第一支脚、第二支脚自锁于导轨的凸块。
[0014]本实用新型技术方案的夹持式直线型压电驱动器的具体工作过程如下:
[0015]当给所述的压电叠堆持续施加驱动电压时，压电叠堆沿自身长度方向作伸缩运动，压电叠堆对第一支脚、第二支脚产生一推力作用，从而带动柔性弹片的伸缩运动。接着仅给第一支撑腿上设有的第一电磁铁和第二支撑腿上的第二电磁铁施加驱动电压，第三支撑腿上设有的第三电磁铁和第四支撑腿上设有的第四电磁铁仍处于初始未工作状态，施加有驱动电压的第一电磁铁和第二电磁铁在其接触面处产生一引力作用，第二 U形缺口在该作用力作用于向缺口内收缩，该引力通过连接桥作用于第一U形缺口，第一U形缺口在该作用力的作用下向外扩张，使第一支脚与导轨的凸块相脱离，使第一支脚处于解锁状态，解锁状态下的第一支脚在压电叠堆的推力作用下向前运动，同时柔性弹片在该作用力的作用下发生伸长变形。接着停止对第一、第二电磁铁施加驱动电压，仅给第三支撑腿上设有的第三电磁铁和第四支撑腿上设有的第四电磁铁施加驱动电压，断电后的第一 I第二电磁铁停止工作，则第一支脚在预紧弹簧的预紧力作用下自锁于导轨，第三、第四电磁铁获得驱动电压进入工作状态，第三、第四电磁铁对在其接触面处产生一引力作用，该引力通过连接桥作用于第三U形缺口，第三U形缺口在该作用力的作用下向外扩张，使第二支脚与导轨的凸块相脱离，处于解锁状态的第二支脚在压电叠堆的推力及处于伸长状态的柔性弹片的伸张力的作用下向前运动。通过控制电路给该直线电机如此循环施加驱动信号，就可以实现该压电驱动器的直线运动。
[0016]本实用新型技术方案的夹持式直线型压电驱动器亦可采用更简化的方案，即将第二电磁铁、第四电磁铁替换为金属块，利用驱动电压使第二、第四电磁铁产生磁性，对金属块产生弓I力作用，从而驱动导轨运动。
[0017]通过更换不同功率的压电叠堆及控制驱动电压，可以实现对该直线型压电驱动器的输出驱动力矩大小的调节，从而实现该种直线型压电驱动器在各种场合的应用。
[0018]有益效果
[0019]本实用新型技术方案的夹持式直线型压电驱动器采用压电叠堆作为驱动源及特殊结构的夹持装置，具有断电自锁功能，而且能够实现被驱动物体的直线运动。该种结构的直线型压电驱动器具有结构简单、体积小易于微型化、抗干扰能力强、安装方便、可操作性强及可调范围广等优点，有助于直线型压电驱动器在现实领域的应用，推进了压电驱动器的的发展。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的夹持式直线运动压电驱动器支脚结构示意图；
[0021]图2为本实用新型的夹持式直线运动压电驱动器压电叠堆示意图；
[0022]图3为本实用新型的夹持式直线运动压电驱动器柔性弹片结构示意图；
[0023]图4(a)为本实用新型的夹持式直线运动压电驱动器的第一实施例装配主视图；
[0024](b)为本实用新型的夹持式直线运动压电驱动器的第一实施例装配左视图；图5为本实用新型的夹持式直线运动压电驱动器的第二实施例示意图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本实用新型的技术方案进行进一步说明。
[0026]实施例一:
[0027]如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的夹持式直线运动压电驱动器包括导轨1、由第一支脚4、第二支脚9组成的支撑部3、柔性弹片6和压电叠堆7，其中，所述的柔性弹片6设置于第一支脚4和第二支脚9之间并且两端分别与第一支脚4和第二脚9连接；所述的压电叠堆7嵌设于柔性弹片6的开孔内；所述的第一支脚4具有与导轨I相连接的第一支脚本体41和延伸出第一支脚本体41的第一支撑腿411、第二支撑腿411’，第一支撑腿411、第二支撑腿411’相对的左表面310和右表面311分别设有第一电磁铁12、第二电磁铁15 ;所述的第二支脚9具有与导轨I相连接的第二支脚本体91和延伸出第二支脚本体91的第三支撑腿911、第四支撑腿911’，第三支撑腿911、第四支撑腿911’相对的左表面310’和右表面311’分别设有第三电磁铁12’、第四电磁铁15’ ；各电磁铁通过内六角螺栓11安装在各支撑腿上的安装孔38内；所述的第一支脚本体41和第二支脚本体91与导轨I之间可产生相对运动。
[0028]如图3所示，本实施例的柔性弹片6采用弹性强度高的金属材料或者高分子材料加工制作，其中间连接部分设有一些特定形状的通孔62，如圆形、椭圆形或者类似的其他形状；柔性弹片6的第一端面61及第二端面63分别设有螺纹孔，如图3、图4(a)所示，其第一端面61通过螺栓连接方式固定于第一支脚本体41，第二端面63通过螺栓连接方式固定于第二支脚本体91。
[0029]如图4(a)所示，所述的第一螺栓2和第二螺栓2’与压电叠堆7相接触的表面为球面。
[0030]如图2所示，所述的压电叠堆7与第一螺栓2和第二螺栓2’相接触的两个端面71,73分别涂有高性能的导电绝缘材料。所述的压电叠堆7上表面72覆盖有易导电介质层，压电叠堆7通电时沿长度方向极化，沿自身长度方向作伸缩运动，压电叠堆7数量为大于或等于I的自然数。
[0031]如图1、图4所示，所述的第一支脚本体41朝向导轨I的表面具有第一 U形缺口35，背离导轨I的表面具有第二 U形缺口 39，第一 U形缺口 35与第二 U形缺口 39不连通并且通过第一连接桥37连接；第二支脚本体91朝向导轨I的表面具有第三U形缺口 35’，背离导轨I的表面具有第四U形缺口 39’，第三U形缺口 35’与第四U形缺口 39’不连通并且通过第二连接桥37’连接。第一支脚4、第二支脚9朝向导轨的表面33涂有一层能够自润滑的材料如润滑油。
[0032]如图1、图4所示，所述的第一支脚本体41和第二支脚本体91之间设有预紧弹簧5，所述预紧弹簧5两端分别通过固定螺栓8固定于第一 U形缺口 35和第三U形缺口 35’处的螺纹孔36，36’内，为第一 U形缺口 35和第三U形缺口 35’两侧提供预紧力。
[0033]如图4(b)所示，所述的导轨I与第一 U形缺口 35和第三U形缺口 35’对应的位置设有凸块13。
[0034]当未施加驱动电压时，电磁铁12、12’及电磁铁15、15’之间不产生作用力，当施加驱动电压时，电磁铁12、12’及电磁铁15、15’在接触面处产生的磁性相异，电磁铁12及电磁铁12’之间产生一引力作用，支脚本体上的U形缺口受到该引力的作用变形，与导轨I上的凸块13产生相互作用，在锁定与解锁的状态之间交替变换，交替地对电磁铁12、12’及电磁铁15、15’施加驱动电压，则可从而带动导轨进行直线运动。
[0035]实施例二:
[0036]如图5所示，提供了另一种实施例的夹持式直线运动压电驱动器，其结构与实施例一大部分相同，不同的是各支撑腿上的电磁铁设置有所不同，即各设置有电磁铁512、512’和对应的金属块515、515’，对电磁铁512、512’施加驱动电压时，电磁铁512、512’和对应的金属块515、515’之间产生引力作用，同样起到对导轨产生驱动力的效果。所述的金属块515、515’采用铁、钴、镍等导磁性强的材料加工制作。
【权利要求】
1.一种夹持式直线型压电驱动器,其特征在于,包括导轨(I)、由第一支脚(4)、第二支脚(9)组成的支撑部(3)、柔性弹片(6)和压电叠堆(7)，其中，所述的柔性弹片(6)设置于第一支脚(4)和第二支脚(9)之间并且两端分别与第一支脚(4)和第二支脚(9)连接；所述的压电叠堆(7)嵌设于柔性弹片(6)的开孔内；所述的第一支脚(4)具有与导轨(I)相连接的第一支脚本体(41)和延伸出第一支脚本体(41)的第一、第二支撑腿(411，411’)，第一、第二支撑腿(411，411’)相对的表面分别设有第一、第二电磁铁；所述的第二支脚(9)具有与导轨(I)相连接的第二支脚本体(91)和延伸出第二支脚本体(91)的第三、第四支撑腿(911，911’)，第三、第四支撑腿(911，911’)相对的表面分别设有第三、第四电磁铁；所述的第一支脚本体(41)和第二支脚本体(91)与导轨(I)之间可产生相对运动。
2.如权利要求1所述的夹持式直线型压电驱动器，其特征在于，所述的柔性弹片(6)的第一端通过第一螺栓(2)固定在第一支脚本体(41)上，其第二端通过第二螺栓(2’)固定在第二支脚本体(91)上。
3.如权利要求2所述的夹持式直线型压电驱动器，其特征在于，所述的第一、第二螺栓(2，2’)与压电叠堆(7)相接触的表面为球面。
4.如权利要求3所述的夹持式直线型压电驱动器，其特征在于，所述的压电叠堆(7)与第一、第二螺栓(2，2’)相接触的两个端面(71、73)分别涂有高性能的导电绝缘材料。
5.如权利要求1所述的夹持式直线型压电驱动器，其特征在于，所述的第一支脚本体(41)朝向导轨(I)的表面具有第一 U形缺口(35),背离导轨(I)的表面具有第二 U形缺口(39)，第一 U形缺口(35)与第二 U形缺口(39)不连通并且通过第一连接桥(37)连接；第二支脚本体(91)朝向导轨(I)的表面具有第三U形缺口(35’)，背离导轨(I)的表面具有第四U形缺口(39’)，第三U形缺口(35’)与第四U形缺口(39’ )不连通并且通过第二连接桥(37’)连接。
6.如权利要求1所述的夹持式直线型压电驱动器，其特征在于，所述的第一支脚本体(41)和第二支脚本体(91)之间设有预紧弹簧(5)，所述预紧弹簧(5)两端分别通过固定螺栓(8)固定于第一 U形缺口(35)和第三U形缺口(35’ )处的螺纹孔(36，36’ )内，为第一 U形缺口(35)和第三U形缺口(35’)两侧提供预紧力。
7.如权利要求5或6任一项所述的夹持式直线型压电驱动器，其特征在于，所述的导轨(I)与第一 U形缺口( 35 )和第三U形缺口( 35 ’)对应的位置设有凸块(13 )，所述的凸块(13)可以内嵌于第一 U形缺口(35)和第三U形缺口(35’)。
【文档编号】H02N2/04GK203554327SQ201320463563
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】潘松, 曹炳鑫, 张建辉, 黄卫清 申请人:南京航空航天大学