[發(fā)明專利]基于壓電驅(qū)動(dòng)的三基體作動(dòng)器及其工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610251428.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN105827145B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭瀚旻;盧鵬輝;朱攀丞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/10
• 分類號(hào): H02N2/10;H02N2/12;H02N2/14;H02N2/02;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種基于壓電驅(qū)動(dòng)的三基體作動(dòng)器及其工作方法，其屬于超聲領(lǐng)域、MEMS領(lǐng)域、壓電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

作動(dòng)器是實(shí)施振動(dòng)主動(dòng)控制的關(guān)鍵部件，是主動(dòng)控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。作動(dòng)器的作用是按照確定的控制規(guī)律，來對(duì)控制對(duì)象施加控制力。近年來，在傳統(tǒng)的流體作動(dòng)器、氣體作動(dòng)器和電器作動(dòng)器的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)出了許多智能型作動(dòng)器，例如壓電陶瓷作動(dòng)器、壓電薄膜作動(dòng)器、電致伸縮作動(dòng)器、磁致伸縮作動(dòng)器、形狀記憶合金作動(dòng)器、伺服作動(dòng)器和電流變流體作動(dòng)器等。這些作動(dòng)器的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)高精度的振動(dòng)主動(dòng)控制提供了必要條件。同時(shí)，在航空航天領(lǐng)域，作動(dòng)器是飛機(jī)操縱系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，隨著飛行控制技術(shù)的多樣化，許多新型作動(dòng)器也應(yīng)運(yùn)而生，例如直接驅(qū)動(dòng)式作動(dòng)器、電靜液作動(dòng)器、集成電液作動(dòng)器、機(jī)電作動(dòng)器以及光傳靈巧作動(dòng)器。而本發(fā)明涉及的基于壓電驅(qū)動(dòng)的三基體作動(dòng)器，是屬于其中的壓電陶瓷作動(dòng)器。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提供一種基于壓電驅(qū)動(dòng)的三基體作動(dòng)器及其工作方式。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于壓電驅(qū)動(dòng)的三基體作動(dòng)器，包括第一鈦合金基體、安裝于第一鈦合金基體上的第一壓電陶瓷片、安裝于第一鈦合金基體上的第一剛性可伸縮足、第二鈦合金基體、安裝于第二鈦合金基體上的第二壓電陶瓷片、安裝于第二鈦合金基體上的第二剛性可伸縮足、第三鈦合金基體、安裝于第三鈦合金基體上的第三壓電陶瓷片、安裝于第三鈦合金基體上的第三剛性可伸縮足以及金屬底座，所述第一鈦合金基體、第二鈦合金基體和第三鈦合金基體上都形成有貫穿其內(nèi)、外側(cè)面的通孔，三個(gè)通孔的內(nèi)表面均是光滑的，所述第一鈦合金基體、第二鈦合金基體和第三鈦合金基體的外側(cè)面分別粘有第一剛性可伸縮足、第二剛性可伸縮足和第三剛性可伸縮足，所述第一鈦合金基體、第二鈦合金基體和第三鈦合金基體的內(nèi)側(cè)面分別和金屬底座的三個(gè)側(cè)面以點(diǎn)接觸的形式連接在一起。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種基于壓電驅(qū)動(dòng)的三基體作動(dòng)器的工作方法，包括如下步驟：

步驟一：第一壓電陶瓷片在正余弦電壓的作用下，使第一鈦合金基體產(chǎn)生相對(duì)于其軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二壓電陶瓷片在正余弦電壓的作用下，使第二鈦合金基體產(chǎn)生相對(duì)于其軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第三壓電陶瓷片在正余弦電壓的作用下，使第三鈦合金基體產(chǎn)生相對(duì)于其軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

步驟二：通過分別調(diào)節(jié)第一壓電陶瓷片、第二壓電陶瓷片和第三壓電陶瓷片上正余弦電壓的初相位，分別使得第一鈦合金基體、第二鈦合金基體和第三鈦合金基體產(chǎn)生具有可變初相位的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

步驟三：通過分別改變第一壓電陶瓷片、第二壓電陶瓷片和第三壓電陶瓷片上的電壓正負(fù)，將分別使得第一鈦合金基體、第二鈦合金基體和第三鈦合金基體產(chǎn)生具有與原扭轉(zhuǎn)方向相反的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

步驟四：最終，通過金屬底座的連接，將三個(gè)鈦合金基體的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)合成一個(gè)作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述第一壓電陶瓷片、第二壓電陶瓷片和第三壓電陶瓷片在相同的正余弦電壓作用下，使第一鈦合金基體、第二鈦合金基體和第三鈦合金基體的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有相同的初相位和相同的方向，第一剛性可伸縮足、第二剛性可伸縮足和第三剛性可伸縮足的長(zhǎng)度相同時(shí)，該作動(dòng)器作原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，在改變作用于第三壓電陶瓷片上的正余弦電壓的初始方向的條件下，當(dāng)斷開作用于第一壓電陶瓷片上的正余弦電壓時(shí)，將第一剛性可伸縮足長(zhǎng)度伸長(zhǎng)或縮短，則可使該作動(dòng)器重心沿著第一鈦合金基體內(nèi)側(cè)或外側(cè)的方向偏移，使得該作動(dòng)器沿著第一鈦合金基體軸線所在的直線上做直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)斷開作用于第二壓電陶瓷片上的正余弦電壓時(shí)，將第二剛性可伸縮足長(zhǎng)度伸長(zhǎng)或縮短，則可使該作動(dòng)器重心沿著第二鈦合金基體內(nèi)側(cè)或外側(cè)的方向偏移，使得該作動(dòng)器沿著第二鈦合金基體軸線所在的直線上做直線運(yùn)動(dòng)；同理，當(dāng)改變作用于第一壓電陶瓷片或第二壓電陶瓷片上的正余弦電壓的初始方向時(shí)，將第三剛性可伸縮足的長(zhǎng)度伸長(zhǎng)或縮短，則可使作動(dòng)器重心沿著第三鈦合金基體內(nèi)側(cè)或外側(cè)的方向偏移，使得該作動(dòng)器沿著第三鈦合金基體軸線所在的直線上做直線運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，當(dāng)該作動(dòng)器沿著第一鈦合金基體軸線所在的直線上做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)第二剛性可伸縮足的長(zhǎng)度和第三剛性可伸縮足的長(zhǎng)度，得該作動(dòng)器的重心產(chǎn)生偏離，使得作動(dòng)器在沿著直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)候左轉(zhuǎn)向或右轉(zhuǎn)向。