[發明專利]疊片式輻射型混聯柔順驅動器

有效

• 申請號: 201410406672.2
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104184362A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 趙言正;劉積昊;周宸;趙一陽;付莊;閆維新
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及一種適用于薄膜微泵以及微型振動平臺的驅動器，具體涉及一種疊片式輻射型混聯柔順驅動器，屬于微機電系統領域。

背景技術

利用壓電材料的逆壓電效應，將壓電陶瓷兩端施加的電壓控制信號轉換成機械形變位移輸出，能夠滿足高精度微位移的技術要求。壓電陶瓷用于振動驅動器，主要通過兩種形式實現：一種是壓電晶片驅動器，其具有體積小、輸出位移大、響應時間快的特點，但易發生脆性斷裂現象；另一種是壓電疊堆驅動器，其具有輸出力大、靜電容量大的特點，但輸出位移小，封裝體積大。

柔順機構(Compliant?Mechanisms)，采用具有轉動副功能的柔性鉸鏈結果，并依靠材料的彈性變形來實現微小尺度動作，大多采用一體化加工方法成形，具有無間隙、無摩擦、無需潤滑、精度可靠性高等優點。并聯柔順機構是在柔順機構的技術特點之上融合并聯機構的設計原理，提高機構的承載強度和剛度，并改善機構的動態性能。

軸向位移輸出驅動器，是微流控系統中最常用的核心驅動元件，同時也是高精密激光發生器的核心元件，其工作原理是依靠外部電場驅動產生近線性的軸向形變位移輸出，通常能實現穩定的高頻高精度微位移輸出。傳統的軸向位移輸出驅動器通常采用壓電晶片驅動器和壓電疊堆驅動器；壓電晶片驅動器輸出位移與幾何尺寸正相關，傳統的機械固持封裝易導致脆性斷裂，封裝難度大，且驅動器承載強度較小；壓電疊堆驅動器采用傳統機械加工方法技術將壓電陶瓷封裝，封裝后的驅動器體積較大、能效較低，不易實現微型化，由于軸向尺寸較大與外部受迫元件連接產生裝配誤差，因而影響輸出精度。

公開號為CN101922442A與CN101216027B的兩專利，利用壓電疊堆驅動器作為微泵驅動元件；公開號為CN103414371A的專利也是采用壓電疊堆驅動的高精密激振器，具有較高的高頻穩定特性，實現軸向微位移輸出。采用壓電疊堆驅動器是目前應用最廣泛也最成熟的設計方案，但是雖然其性能及壽命可靠性特別高，但驅動器存在有尺寸體積較大、能效低、高頻振動噪聲大的缺點，傳統機械加工產生的裝配誤差也會對產品性能帶來不可忽視的影響。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統驅動器封裝體積大不易微型化、高頻噪聲大、能效低等缺點，提供一種基于疊片式混聯柔順機構的壓電驅動器，利用疊堆壓電陶瓷片輸出力大和并聯柔順機構承載力強的特點，通過多軸柔性鉸鏈傳動將徑向形變位移轉換成軸向位移。

本發明解決其技術問題的技術方案是：

一種疊片式輻射型混聯柔順驅動器，其包括疊片式混聯柔順放大機構和疊堆壓電陶瓷片；

所述疊片式混聯柔順放大機構將徑向輸入位移轉換為軸向輸出位移，該疊片式混聯柔順放大機構的外形為圓盤形，內部功能結構呈輻射型中心旋轉對稱，所述疊片式混聯柔順放大機構由多個形狀結構相同的輻射型并聯柔順放大機構單片上下疊堆對齊后，在中心軸線處進行結構粘接組裝而成；

所述輻射型并聯柔順放大機構單片為圓形薄片且呈中心軸旋轉對稱的一體化柔順機構，包括依次相互連接的支撐框架、形變位移輸入部和形變位移輸出部，所述支撐框架上設有夾持部，所述形變位移輸入部與所述支撐框架之間設有鏤空處，所述形變位移輸出部位于所述輻射型并聯柔順放大機構單片的中心軸線處并產生軸向形變位移輸出，各輻射型并聯柔順放大機構單片的形變位移輸出部上下相互粘接成一體，其軸向形變位移輸出與所述疊片式混聯柔順放大機構的軸向輸出位移相一致；

所述疊堆壓電陶瓷片通過所述夾持部固定夾持在所述鏤空處且與所述形變位移輸入部緊密貼合，通電后對所述疊片式混聯柔順放大機構產生徑向形變位移輸入。

作為進一步改進，所述的輻射型并聯柔順放大機構單片還包括相互并聯的柔性鉸鏈傳動支鏈以及鏈接所述形變位移輸入部與支撐框架的柔性彈簧片組；該柔性鉸鏈傳動支鏈能夠將徑向輸入位移轉換為軸向輸出位移，其兩端分別與所述形變位移輸入部和形變位移輸出部連接，每一柔性鉸鏈傳動支鏈通過四個單軸對稱柔性鉸鏈與所述形變位移輸入部相連，通過兩個單軸不對稱柔性鉸鏈與所述形變位移輸出部相連。

作為進一步改進，所述的單軸對稱柔性鉸鏈傳動徑向位移，其轉動軸平行所述疊片式混聯柔順放大機構的軸向；所述的單軸不對稱柔性鉸鏈將徑向輸入位移轉換為軸向輸出位移，其轉動軸平行所述疊片式混聯柔順放大機構的軸向。