[發明專利]大行程壓電復合材料雙晶片懸臂梁作動系統及其方法

有效

• 申請號: 201810027319.1
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108258931B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 胡凱明;張旭方;李華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種大行程壓電復合材料雙晶片懸臂梁作動系統，其特征在于：包括壓電復合材料雙晶片懸臂梁（5）、非對稱高壓供電回路（7）；在壓電復合材料雙晶片懸臂梁（5）的中間層（5-1）的上下表面分別貼敷上層壓電復合材料（5-2）和下層壓電復合材料（5-3），中間層（5-1）的自由端與軸（6）固連，軸（6）的兩端分別設置于軸承（3）中，在左右兩側的軸承（3）外分別套有預制卡槽軸承套（4），預制卡槽軸承套（4）外壁上周向預先開設有卡槽；兩條彈性帶（2）分別布置在壓電復合材料雙晶片懸臂梁（5）的左右兩側，且兩條彈性帶（2）的端部分別固定于固定基座（1）上，再分別將兩條彈性帶（2）中間段各箍入一個預制卡槽軸承套（4）的卡槽內，用于對壓電復合材料雙晶片懸臂梁（5）施加預壓力；上層壓電復合材料（5-2）和下層壓電復合材料（5-3）的正負電極均引出導線（8）接入非對稱高壓供電回路（7）；非對稱高壓供電回路（7）的供電回路包括，直流-直流變壓器DC-DC1的輸入端與控制信號V1相連，直流-直流變壓器DC-DC1的輸出端的正極與二極管D1的陽極相連，二極管D1的陰極與電阻R1的一端相連，電阻R1的另一端和直流-直流變壓器DC-DC1的輸出端負極相連并接地，二極管D1的陰極與電阻R1相連的一端與電阻R2的一端、上層壓電復合材料（5-2）的正極、以及二極管D6的陰極分別相連，電阻R2的另一端與二極管D2的陽極相連，二極管D2的陰極與上層壓電復合材料（5-2）的負極以及下層壓電復合材料（5-3）的負極相連；二極管D2的陰極與電阻R3的一端以及電阻R6的一端相連，并與二極管D5的陰極相連；二極管D6的陽極與電阻R6的另一端相連；電阻R3的另一端與二極管D3的陽極相連，二極管D3的陰極與下層壓電復合材料（5-3）的正極、電阻R5的一端、電阻R4的一端、以及二極管D4的陰極相連，電阻R5的另一端與二極管D5的陽極相連，二極管D4的陽極與直流-直流變壓器DC-DC2的輸入端正極相連，直流-直流變壓器DC-DC2的輸入端負極與電阻R4的另一端相連并接地；直流-直流變壓器DC-DC2的輸入端與控制信號V2相連。

2.根據權利要求1所述的一種大行程壓電復合材料雙晶片懸臂梁作動系統，其特征在于：所述的軸（6）以過盈配合方式設置于軸承（3）中。

3.根據權利要求1所述的一種大行程壓電復合材料雙晶片懸臂梁作動系統，其特征在于：所述的預制卡槽軸承套（4）以過盈配合方式套設于軸承（3）外。

4.根據權利要求1所述的一種大行程壓電復合材料雙晶片懸臂梁作動系統，其特征在于：所述的壓電復合材料為AFC、MFC材料。

5. 一種采用如權利要求4所述系統的大行程壓電復合材料雙晶片懸臂梁作動方法，其特征在于：將上層壓電復合材料（5-2）和下層壓電復合材料（5-3）的正負極分別接入非對稱高壓供電回路（7），通過兩端直流-直流變壓器DC-DC1、 DC-DC2等比例升壓，當控制信號V1>V2時，此時施加于上層壓電復合材料（5-2）的電壓為K×（V1-V2）×R2/（R2+R3），K為電壓放大增益，施加于下壓電復合材料（5-3）的電壓為K×（V2-V1）×R3/（R2+R3），此時上層壓電復合材料（5-2）伸長，下層壓電復合材料（5-3）縮短，使得壓電復合材料雙晶片懸臂梁（5）向下彎曲；當V1<V2時，此時施加于下層壓電復合材料（5-3）的電壓為K×（V2-V1）×R5/（R5+R6），施加于上層壓電復合材料（5-2）的電壓為K×（V1-V2）×R6/（R5+R6），使得下層壓電復合材料（5-3）伸長，上層壓電復合材料（5-2）縮短，使得壓電復合材料雙晶片懸臂梁向上彎曲；在壓電復合材料雙晶片懸臂梁（5）彎曲過程中，通過箍入預制卡槽軸承套（4）卡槽內的彈性帶（2）對壓電復合材料雙晶片懸臂梁（5）施加軸向預壓力，該軸向預壓力小于一階軸向屈曲力，利用該軸向預壓力減小梁的等效彎曲剛度，從而增大壓電復合材料雙晶片懸臂梁（5）作動器的輸出位移。