[發明專利]一種輸出動態微角位移的壓電作動器

有效

• 申請號: 201310036395.6
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103107733A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 敬子建;徐明龍;楊克亞;李亮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明涉及一種壓電作動器，具體涉及一種輸出動態微角位移的壓電作動器。

背景技術

基于壓電材料的作動器已經廣泛應用于微電子技術、生物工程、航天工程等領域。具有結構緊湊，控制精度高的特點。但是目前所使用的壓電作動器多是只能輸出直線位移的作動器。在需要輸出微轉角的場合，單純的使用直線作動器存在一定的局限性，限制了壓電堆作動器的使用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種輸出動態微角位移的壓電作動器，該作動器結構緊湊，體積小，重量輕，可直接輸出高精度微轉角。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種輸出動態微角位移的壓電作動器，包括輸出桿5，分別連接于輸出桿5兩側上下端的第一簧片6和第二簧片7，與第一簧片6相連第一T形柔性約束端8，與第二簧片7相連的第二T形柔性約束端9，第一T形柔性約束端8通過其兩側的第一柔性鉸鏈10和第二柔性鉸鏈11連接于外部固定框架14內，第二T形柔性約束端9通過其兩側的第三柔性鉸鏈12和第四柔性鉸鏈13連接于外部固定框架14內，第一壓電堆1和第二壓電堆2固定在第一T形柔性約束端8和外部固定框架14上，第三壓電堆3和第四壓電堆4固定在第二T形柔性約束端9和外部固定框架15上。

所述壓電作動器采用精密慢走絲線切割機床一體化加工而成。

所述第一壓電堆1和第二壓電堆2對稱固定在第一T形柔性約束端8和外部固定框架14上，并且其對稱軸與第一簧片6的軸線重合；所述第三壓電堆3和第四壓電堆4對稱固定在第一T形柔性約束端9和外部固定框架15上，并且其對稱軸與第二簧片7的軸線重合。

所述第一柔性鉸鏈10和第二柔性鉸鏈11具有相同的結構和尺寸，并且兩者對稱軸共線，所述第三柔性鉸鏈12和第四柔性鉸鏈13具有相同的結構和尺寸，并且兩者對稱軸共線。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：

1、當向第一壓電堆1、第二壓電堆2、第三壓電堆3和第四壓電堆4施加正向電壓后，四個壓電堆長度增加，推動第一T形柔性約束端8和第一T形柔性約束端9分別向兩側運動，從而向兩側拉動第一簧片6和第二簧片7導致輸出桿5繞其對稱中心旋轉，進而輸出微轉角。由于使用了柔性鉸鏈將壓電堆輸出的高精度直線位移轉化為微轉角，因此該壓電作動器具有較高的輸出精度，無余隙，生熱少，不需要潤滑，并且具有結構緊湊，體積小、重量輕的特點；

2、由于該作動器機械結構采用線切割機床一體化加工成型，因此避免了后續裝配帶來的誤差；

3、由于同側的兩只壓電堆對稱分布于同側簧片兩側，并且T形約束端兩側的柔性鉸鏈具有相同的結構和尺寸，且兩者對稱軸共線，因此T形柔性約束端只是沿壓電堆輸出位移的方向平動，而不會發生轉動，從而保證了作動器的控制精度。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖2為作動器機械機構對稱關系示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明一種輸出動態微角位移的壓電作動器，包括輸出桿5，分別連接于輸出桿5兩側上下端的第一簧片6和第二簧片7，與第一簧片6相連第一T形柔性約束端8，與第二簧片7相連的第二T形柔性約束端9，第一T形柔性約束端8通過其兩側的第一柔性鉸鏈10和第二柔性鉸鏈11連接于外部固定框架14內，第二T形柔性約束端9通過其兩側的第三柔性鉸鏈12和第四柔性鉸鏈13連接于外部固定框架14內，第一壓電堆1和第二壓電堆2固定在第一T形柔性約束端8和外部固定框架14上，第三壓電堆3和第四壓電堆4固定在第二T形柔性約束端9和外部固定框架15上。

優選的，所述壓電作動器采用精密慢走絲線切割機床一體化加工而成，避免了后續裝配帶來的誤差。

如圖2所示，作為本發明的優選實施例，所述第一壓電堆1和第二壓電堆2對稱固定在第一T形柔性約束端8和外部固定框架14上，并且其對稱軸與第一簧片6的軸線重合；所述第三壓電堆3和第四壓電堆4對稱固定在第一T形柔性約束端9和外部固定框架15上，并且其對稱軸與第二簧片7的軸線重合。所述第一柔性鉸鏈10和第二柔性鉸鏈11具有相同的結構和尺寸，并且兩者對稱軸共線，所述第三柔性鉸鏈12和第四柔性鉸鏈13具有相同的結構和尺寸，并且兩者對稱軸共線。因此T形柔性約束端只是沿壓電堆輸出位移的方向平動，而不會發生轉動，從而保證了作動器的控制精度。

本發明的工作原理為：工作時，向第一壓電堆1、第二壓電堆2、第三壓電堆3和第四壓電堆4施加正向電壓后，四個壓電堆長度增加，推動第一T形柔性約束端8和第一T形柔性約束端9分別向兩側運動，從而向兩側拉動第一簧片6和第二簧片7導致輸出桿5繞其對稱中心旋轉，進而輸出微轉角。由于使用了柔性鉸鏈將壓電堆輸出的高精度直線位移轉化為微轉角。