[發明專利]大功率壓電雙晶片層疊懸臂式作動器

有效

• 申請號: 201810058817.2
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108199607B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 胡凱明;李華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/14;H02N2/12
• 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

本發明公開了一種大功率壓電雙晶片層疊懸臂式作動器及作動方法。它包括多片壓電雙晶片、層間連接組件、軸向預壓力組件；選擇壓電雙晶片某些長度方向位置作為橫向作動關聯位置，將各層壓電雙晶片在各位置處與一軸固定，在各軸的兩端套上兩只軸承，并通過一帶孔連桿將各層在作動器一側的軸承相互固連，從而使得各層壓電雙晶片的橫向運動發生關聯；再利用軸向預壓力組件對各層壓電雙晶片施加軸向預壓力來增大作動行程，軸向預壓力組件包括了微型軸承、預制卡槽軸承套、彈性帶。本發明可同時提高狹小空間內壓電雙晶片作動器的輸出力和作動行程，從而增大輸出功率；能夠作為微小型飛行器翼面偏轉或是仿生機器魚尾擺動的作動器。

技術領域

本發明涉及大功率壓電作動技術領域。具體涉及一種大功率壓電雙晶片層疊懸臂式作動器及作動方法。

背景技術

由于可變形智能結構能夠使微小型飛行器、仿生機器魚等新型運載器適應不同運行工況要求、操縱性能提高、阻力減小、航程增大，因而受到機械及運載領域的廣泛關注。傳統電動舵機的工作帶寬較窄，且需要附帶的減速器等設備，因而難以滿足這些新型微小運載器對結構變形的要求。壓電雙晶片作動器具有較大的工作帶寬和響應速率，而且結構緊湊，能夠直接產生變形，作為高頻作動器、傳感器、換能器已在機械領域廣泛運用，然而較小的輸出力和輸出位移限制了壓電雙晶片作動器在大功率作動場合的應用。

發明內容

為了提高現有壓電雙晶片作動器輸出力和作動位移，本發明的目的在于提供一種在狹小空間內增大壓電雙晶片作動器輸出功率的方法。

為了達到上述目的，本發明選擇壓電雙晶片某些長度方向位置作為橫向作動關聯位置，將各層壓電雙晶片在各位置處與一軸固定，在各軸的兩端套上兩只軸承，并通過一帶孔連桿將各層在作動器一側的軸承相互固連，從而使得各層壓電雙晶片的橫向運動發生關聯；再利用軸向預壓力組件對各層壓電雙晶片施加軸向預壓力來增大作動行程。

本發明具體采用如下技術方案：

大功率壓電雙晶片層疊懸臂式作動器，其包括三層端部均固定于固定基座上的壓電雙晶片懸臂梁作動器，從上到下依次為上層壓電雙晶片懸臂梁作動器、中層壓電雙晶片懸臂梁作動器和下層壓電雙晶片懸臂梁作動器，上層壓電雙晶片懸臂梁作動器和下層壓電雙晶片懸臂梁作動器以中層壓電雙晶片懸臂梁作動器為中心面鏡像對稱，中層壓電雙晶片懸臂梁作動器的長度大于另外兩層壓電雙晶片懸臂梁作動器的長度；上層壓電雙晶片懸臂梁作動器和下層壓電雙晶片懸臂梁作動器各自穿過一條第一軸桿后，其自由端各自與一條第二軸桿固連，中層壓電雙晶片懸臂梁作動器依次穿過另一條第一軸桿、另一條第二軸桿和第三軸桿后，其自由端作為位移的輸出端；所有第一軸桿的兩側端部均設有第一軸承，所有第二軸桿的兩側端部均設有第三軸承，且三條第一軸桿位于與三層壓電雙晶片懸臂梁作動器垂直的同一平面上，且三條第一軸桿每一側的三個第一軸承各固定于一根第一帶孔連桿上，三條第二軸桿也位于穿過上層壓電雙晶片懸臂梁作動器自由端和下層壓電雙晶片懸臂梁作動器自由端的同一平面上，且三條第二軸桿每一側的三個第一軸承也各固定于一根第二帶孔連桿上，使三層壓電雙晶片懸臂梁作動器的彎曲運動通過2根第一帶孔連桿和2根第二帶孔連桿形成關聯；在上層壓電雙晶片懸臂梁作動器和下層壓電雙晶片懸臂梁作動器最靠近自由端的第二軸桿上，于兩側第三軸承外分別再套有第二軸承，在第三軸桿兩側的也均設有第二軸承；每個第二軸承上分別套有預制卡槽軸承套；每個預制卡槽軸承套外壁上周向預先開設有卡槽，每條卡槽上均套有一條端部固定于固定基座上的彈性帶，每層壓電雙晶片懸臂梁由兩側的彈性帶施加軸向預壓力。

作為優選，所述的第三軸桿長于第二軸桿，中層壓電雙晶片懸臂梁作動器上連接的兩條彈性帶與另外四條彈性帶不在同一平面上，以減少彈性帶間的干涉。

作為優選，所述的第一軸承、第三軸承和第二軸承均以過盈配合方式套設于軸桿外部，以提高連接穩定性。

作為優選，所述的預制卡槽軸承套均以過盈配合方式周向套設于軸承上，以提高連接穩定性。