[發明專利]一種慣性壓電驅動器

有效

• 申請號: 201610422408.7
• 申請日: 2016-06-12
• 公開（公告）號: CN105915105B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 吳越;楊志剛;劉慶萍;王京春;王旭;宋正義
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 郭耀輝

技術領域

本發明屬于壓電驅動領域，具體涉及一種慣性壓電驅動器。

背景技術

隨著科學技術的發展，微型驅動技術在超精密機械及其制造、精密測量、生物醫療等學科領域中占據越來越重要的地位，微型驅動器在民用方面也越來越受到關注。壓電陶瓷材料具備高精度、響應快、驅動功率低、工作頻率寬、不受電磁干擾等優點，因此近年來，對于由此類元件作為驅動源的精密驅動器得到較快發展。然而，現有的壓電式微型驅動器結構相對復雜，加工困難，成本較高，并且多為剛性結構，工作時驅動器直接與工作平面剛性接觸，對工作環境的要求相對較高、適用性不強，因此設計一種結構簡單、環境適用性強的微小型驅動器十分必要。

發明內容

為解決目前微型壓電驅動器結構復雜、適用性不強等問題，提出了一種慣性壓電驅動器，該驅動器由壓電振子、質量塊、基座和復合懸臂構成，壓電振子的振動帶動質量塊振動，利用慣性力使整個驅動器定向運動。本發明與目前驅動器相比，利用了慣性力使復合懸臂產生彎曲變形，由于復合懸臂的兩種材料的摩擦系數不同，不同材料接觸地面時摩擦力不同，摩擦力小位移大，驅動器可朝向摩擦系數較小的材料一側運動，環境適用性強，避免了剛性接觸，并且結構簡單。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明一種慣性壓電驅動器，包括壓電振子、質量塊和基座，其特征在于還包括復合懸臂，其中：所述壓電振子兩端分別固定連接在所述質量塊和所述基座上；所述復合懸臂為薄片型結構且由高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料層合構成，所述高摩擦彈性材料和所述低摩擦彈性材料都為薄片型結構且尺寸相同，所述高摩擦彈性材料的摩擦系數大于所述低摩擦彈性材料的摩擦系數，四個所述復合懸臂布置在基座下表面，所有的所述低摩擦彈性材料面向同一側；所述壓電振子由壓電陶瓷和彈性基板粘接構成，所述壓電陶瓷和彈性基板的粘接面與所述基座上表面垂直，所述高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料的層合面與所述彈性基板和基座上表面的交線平行。

所述復合懸臂的數量還可以為M行N列個，M大于等于2，N大于等于2。所述壓電陶瓷和彈性基板的粘接面與所述基座上表面夾角可以不為零，所述低摩擦彈性材料面向所述壓電振子的傾斜方向。

工作時，壓電振子作為動力源在交變電壓的作用下發生往復彎曲變形，利用了慣性使復合懸臂產生彎曲變形，又由于復合懸臂的兩種材料的摩擦系數不同，不同材料接觸地面時摩擦力不同，摩擦力小位移大，驅動器可朝向摩擦系數較小的材料一側運動。在一個周期內，零到四分之一周期時，壓電振子振動，質量塊受到壓電振子向右的作用力并向右運動，底座受到向左的反作用力并向左運動，復合懸臂彎曲，摩擦系數較大的高摩擦彈性材料接觸地面，底座向左運動距離為a，四分之一周期末時驅動器的狀態如圖3中的上側圖虛線所示，實線為一個周期開始時的初始位置；四分之一到四分之三周期時，質量塊受到壓電振子向左的作用力并向左運動，底座受到向右的反作用力并向右運動，摩擦系數較小的低摩擦彈性材料接觸地面，底座向右運動距離為b，四分之三周期末時驅動器的狀態如圖3中的中間圖虛線所示，實線為一個周期開始時的初始位置；四分之三到一個周期時，質量塊受到壓電振子向右的作用力并向右運動，底座受到向左的反作用力并向左運動，摩擦系數較大的高摩擦彈性材料接觸地面，底座向左運動距離為c，一個周期末時驅動器的狀態如圖3中的下側圖虛線所示，實線為一個周期開始時的初始位置，由于高摩擦彈性材料的摩擦系數大于低摩擦彈性材料，故高摩擦彈性材料產生的摩擦力大于低摩擦彈性材料產生的摩擦力，故a+c＜b，即底座向右運動的總距離大于向左運動的總距離，驅動器向右運動。

附圖說明

圖1是本發明一種慣性壓電驅動器的裝配圖。

圖2是本發明中復合懸臂的結構示意圖。

圖3是本發明工作時的運動示意圖。

具體實施方式

參照圖1和圖2，本發明一種慣性壓電驅動器，包括壓電振子1、質量塊2和基座3，其特征在于還包括復合懸臂4，其中：所述壓電振子1兩端分別固定連接在所述質量塊2和所述基座3上；所述復合懸臂4為薄片型結構且由高摩擦彈性材料41和低摩擦彈性材料42層合構成，所述高摩擦彈性材料41和所述低摩擦彈性材料42都為薄片型結構且尺寸相同，所述高摩擦彈性材料41的摩擦系數大于所述低摩擦彈性材料42的摩擦系數，四個所述復合懸臂4布置在基座3下表面，所有的所述低摩擦彈性材料42面向同一側；所述壓電振子1由壓電陶瓷11和彈性基板12粘接構成，所述壓電陶瓷11和彈性基板12的粘接面與所述基座3上表面垂直，與所述高摩擦彈性材料41和低摩擦彈性材料42的層合面所述彈性基板12和基座3上表面的交線平行。工作時，壓電振子1作為動力源在交變電壓的作用下發生往復彎曲變形，利用了慣性使復合懸臂4產生彎曲變形，又由于復合懸臂4的兩種材料的摩擦系數不同，不同材料接觸地面時摩擦力不同，摩擦力小位移大，驅動器可朝向摩擦系數較小的材料一側運動。