[發明專利]采用微齒驅動的大行程壓電直線作動器及作動方法

有效

• 申請號: 201810582129.6
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108847782B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 宋思揚;徐明龍;王曉宇;邵恕寶
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

采用微齒驅動的大行程壓電直線作動及作動方法，該作動器主要包括帶有微齒結構的作動軌道，以及可以分別與作動軌道嚙合，安裝后相互存在相位差的三組驅動齒，控制驅動齒上下運動的壓電陶瓷及其位移放大結構，以及約束作動軌道與驅動齒相互嚙合的彈性預緊裝置組成；該作動器通過帶有相位差的驅動齒與作動軌道輪流嚙合驅動作動軌道完成雙向直線位移的輸出，每次的嚙合都可以將作動軌道推動1/3的齒間距行程；該作動器使用微齒結構實現大行程的位移輸出，具有輸出行程大，鉗位可靠，控制簡單，易于閉環控制的特點。

技術領域

本發明涉及一種壓電作動裝置，具體為一種采用微齒驅動，能夠能夠實現大行程直線位移的作動器及其作動方法。

背景技術

近年來壓電驅動裝置不斷發展，支持了國防、航天，機械制造等重要工業的發展建設，也衍生出了品種繁多的壓電作動裝置，然而受制于壓電材料作動行程小的缺點，壓電陶瓷作動器難以實現大行程的輸出，需要借助于不同的工作原理實現大行程的位移輸出。

發明內容

為了滿足上述需求，本發明的目的在于提供一種采用微尺結構驅動的大行程壓電直線作動器，作動器借助于三組微齒結構，利用兩組壓電陶瓷實現了雙向直線作動輸出。這種作動方式，具有控制方法簡明，單步位移準確，無需外部閉環控制的優勢。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種采用微齒驅動的大行程壓電直線作動器，包括底座1，與底座1通過柔性鉸鏈連接的第一右側杠桿梁2-1和第二右側杠桿梁2-2，安裝在第一右側杠桿梁2-1與底座1之間的第一右側驅動壓電陶瓷3-1、安裝在第二右側杠桿梁2-2與底座1之間的第二右側驅動壓電陶瓷3-2；與第一右側杠桿梁2-1和第二右側杠桿梁2-2通過柔性鉸鏈鏈接，能夠進行上下運動的右側驅動齒4；與底座1通過柔性鉸鏈連接的第一左側杠桿梁5-1和第二左側杠桿梁5-2，安裝在第一左側杠桿梁5-1與底座1之間的第一左側驅動壓電陶瓷6-1、安裝在第二左側杠桿梁5-2與底座1之間的第二左側驅動壓電陶瓷6-2；與第一左側杠桿梁5-1和第二左側杠桿梁5-2通過柔性鉸鏈鏈接，能夠進行上下運動的左側驅動齒7；固定在底座1上位于右側驅動齒4和左側驅動齒7間的中間驅動齒8，安裝在中間驅動齒8上帶有微齒結構的作動軌道9，布置在作動軌道9上方，提供彈性約束，使作動軌道9與中間驅動齒8、或是右側驅動齒4、左側驅動齒7嚙合的彈性預緊裝置10。

所述右側驅動齒4、左側驅動齒7、中間驅動齒8以及作動軌道9上的微齒結構齒間距均為d，且能夠互相嚙合；初始安裝后，中間驅動齒8和作動軌道9嚙合，右側驅動齒4以及左側驅動齒7的位置低于中間驅動齒8，且右側驅動齒4的齒尖相對于作動軌道9的齒根向右偏移1/3d，左側驅動齒7的齒尖相對于作動軌道9的齒根向左偏移1/3d；通過齒間距為d微齒之間的嚙合能夠完成正反雙向的大行程高精度步進輸出。

所述右側驅動齒4能夠在第一右側驅動壓電陶瓷3-1和第二右側驅動壓電陶瓷3-2的驅動下，第一右側杠桿梁2-1和第二右側杠桿梁2-2的位移放大下，各柔性鉸鏈的約束下實現上下運動；所述左側驅動齒7能夠在第一左側驅動壓電陶瓷6-1和第二左側驅動壓電陶瓷6-2的驅動下，第一左側杠桿梁5-1和第二左側杠桿梁5-2的位移放大下，各柔性鉸鏈的約束下實現上下運動。

所述的采用微齒驅動的大行程壓電直線作動器的作動方法，該作動器通過第一右側驅動壓電陶瓷3-1和第二右側驅動壓電陶瓷3-2，第一左側驅動壓電陶瓷6-1和第二左側驅動壓電陶瓷6-2按照一定時序工作驅動作動軌道9完成向左、向右的雙向大行程直線運動，作動開始前，作動軌道9與固定的中間驅動齒8嚙合，處于位置鎖止狀態，所有驅動壓電陶瓷都處于斷電狀態；

能夠驅動作動軌道9實現雙向大行程直線位移，當作動軌道9向右運動時，具體驅動過程如下：