[發明專利]基于切向變形的鈸型驅動器及其驅動方法

無效

• 申請號: 200710030161.5
• 申請日: 2007-09-07
• 公開（公告）號: CN101123404A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 張鐵民
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及利用壓電效應的微型機械，尤其涉及一種基于切向變形的鈸型驅動器及其驅動方法。

背景技術

目前已有的鈸型驅動器中，通常由壓電陶瓷圓盤和半鈸型金屬彈性體構成的鈸型復合層結構，該鈸型復合層結構中壓電陶瓷通常沿軸向極化，壓電陶瓷軸向受激勵變形后，根據壓電陶瓷壓電系數中的d33與d31的關系，沿軸向位移變形d33轉換成陶瓷圓盤的徑向位移變形d31，而陶瓷圓盤的徑向位移變形又引起鈸型結構的金屬彈性體沿軸向的位移變形。但由于d31僅僅為d33的1/2～1/3，根據d31與d33的關系，壓電陶瓷圓盤的徑向位移變形僅為軸向位移變形的1/2～1/3，因此難于實現鈸型結構的金屬彈性體沿軸向的較大的變形，位移量小，位移轉換效率低。

發明內容

本發明為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種結構簡單、位移量較大的基于切向變形的鈸型驅動器。

本發明的另一目的在于提供基于切向變形的鈸型驅動器的驅動方法。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：基于切向變形的鈸型驅動器，包括壓電元件和上、下金屬彈性體，其特征在于：所述壓電元件為雙層圓環型結構，所述金屬彈性體為半鈸型，壓電元件的上側和上金屬彈性體的底面相連接，下側和下金屬彈性體的底面相連接，壓電元件的雙圓環之間連接有信號輸入線，壓電元件與上金屬彈性體之間連接有地線，壓電元件與下金屬彈性體之間連接有另一地線。

所述壓電元件為雙層圓環型壓電陶瓷片，圓環型壓電陶瓷片沿徑向極化。

所述壓電元件的兩個圓環型壓電陶瓷片通過環氧樹脂互相貼合。

所述壓電元件的上側和上金屬彈性體的底面通過環氧樹脂相互貼合，下側和下金屬彈性體的底面通過環氧樹脂相互貼合。

所述信號輸入線焊接于雙圓環之間，地線焊接于壓電元件與上金屬彈性體之間，另一地線焊接于壓電元件與下金屬彈性體之間。

上述的基于切向變形的鈸型驅動器的驅動方法，其特征在于：所述信號輸入線輸入激勵，壓電元件產生逆壓電效應，根據壓電元件壓電系數中的d15與d33的關系，d15為d33的3～5倍，壓電元件將軸向位移變形d33放大為切向位移變形d15，并將切向位移變形d15累加到上、下半鈸型金屬彈性體的軸向位移變形上，上、下半鈸型金屬彈性體輸出軸向位移。

本發明相對于現有技術具有如下的優點：本發明對壓電元件進行創新設計，采用半鈸型結構的金屬彈性體和沿徑向極化的雙層圓環型壓電陶瓷片構成基于切向變形的鈸型驅動器。根據壓電陶瓷壓電系數中的d15與d33的關系，d15通常為d33的3～5倍，雙層圓環型壓電陶瓷片將軸向位移變形d33進一步放大為切向位移變形d15，并將切向位移變形d15累加到上、下金屬彈性體的軸向位移變形上，壓電轉換效率大為提高，使上、下金屬彈性體具有更大的軸向位移輸出。

本基于切向變形的鈸型驅動器是一種新型微位移驅動裝置，在交變電流的作用下，利用壓電陶瓷片的逆壓電效應驅動，鈸型驅動器的上、下金屬彈性體產生較大的軸向位移變形。通過改變輸入電壓的頻率或幅值將改變上、下金屬彈性體的軸向位移變形。本驅動器將傳統的位移驅動的電源部分、執行機構制成一體，具有位移量大、剛度高、工作可靠、結構簡單、體積小、微薄型、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁干擾、精度和分辨率高等優點，適用于光學、電子等需要精密位移的機械系統。

附圖說明

圖1是本發明基于切向變形的鈸型驅動器的縱向剖視圖。

圖2是圖1所示鈸型驅動器的俯視圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例

如圖1和圖2所示的一種基于切向變形的鈸型驅動器，包括壓電元件3、5和上、下半鈸型金屬彈性體1、7，所述壓電元件3、5為雙層圓環型壓電陶瓷片，圓環型壓電陶瓷片沿徑向極化，兩個圓環型壓電陶瓷片通過環氧樹脂互相貼合，尺寸皆為40mm×30mm×2mm。壓電元件3的上圓環面和上金屬彈性體1的底面通過環氧樹脂相互貼合，壓電元件5的下圓環面和下金屬彈性體7的底面通過環氧樹脂相互貼合，壓電元件3、5的雙圓環之間焊接有信號輸入線4，壓電元件3與上金屬彈性體1之間焊接有地線2，壓電元件5與下金屬彈性體7之間焊接有另一地線6。