[發明專利]一種可斷電保持位移的壓電作動器的分時驅動的作動方法

有效

• 申請號: 202010956819.0
• 申請日: 2020-09-12
• 公開（公告）號: CN112260579B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 徐明龍;劉開園;邵恕寶
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 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

一種可斷電保持位移的壓電作動器及分時驅動的作動方法，該作動器包括殼體，位于殼體內部的通過底部螺釘連接的帶輸出桿的菱形環，菱形環內部長軸上裝配有多個壓電堆，連接于殼體上的上蓋；上蓋包含通孔，菱形環長軸端部的輸出桿通過上蓋通孔與外部結構連接；在作動器斷電位移保持區間內，當輸出桿縮進時，分別依次對每個壓電堆施加負向電壓達到U1，后降為0V，可保持位移d1，當需要可保持位移d1增大時，需增大負向電壓U1；當輸出桿伸長時，分別依次對每個壓電堆施加正向電壓達到U2，后降為0V，可保持位移d2，當需要可保持位移d2增大時，需增大正向電壓U2。本發明為斷電位移保持、高精度作動提供了有效的解決方案。

技術領域

本發明涉及壓電材料作動器，具體涉及一種可斷電保持位移的壓電作動器及分時驅動的作動方法。

背景技術

微位移的作動及基于極高精度的大變形作動技術是科學儀器、航天器精確指向、材料工程、高精度機加工等領域的核心技術。目前多由壓電材料執行核心作動任務，壓電材料可為精密調節提供材料基礎，與機構配合可實現高精度的位移控制。基于壓電效應開發的具有斷電鎖止功能的作動器，均需要鎖止機構，多采用電動部件驅動鎖止的方式，然而由于增大了機構尺寸、對驅動控制器有更高的要求，其作動精度多為單步位移長度(100nm)，在小體積、高作動精度(1-100nm) 的領域受限，難以進一步發展。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種可斷電保持位移的壓電作動器及分時驅動的作動方法，為解決斷電位移保持、小機構尺寸、較小的正負向位移過沖量、高精度作動技術提供了有效的解決方案。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種可斷電保持位移的壓電作動器，包括殼體1，位于殼體1內部的通過底部螺釘5連接的帶輸出桿的菱形環3，菱形環3內部長軸上裝配有多個壓電堆，連接于殼體1上的上蓋2；菱形環3與多個壓電堆過盈配合；菱形環3長軸端部的輸出桿通過上蓋2的通孔與外部結構連接；多個壓電堆的導線通過殼體1的引線孔引出；所述上蓋2 提供封裝的作用，整個工作過程不與菱形環3端面接觸。

所述菱形環3的輸出桿提供的作動位移、作動力由壓電堆的推力、菱形環3的彈性力共同提供。

所述上蓋2通過固定螺釘6連接于殼體1上。

所述壓電堆的數量為5個，壓電堆的形狀為矩形，矩形長邊與菱形環3長軸方向一致。

所述一種可斷電保持位移的壓電作動器的分時驅動的作動方法，壓電堆的壓電材料在周期性加載時，壓電堆在每個電壓狀態均具有兩個位移狀態，而當激勵電壓跨0V時，在0V時同樣有兩個位移狀態，此位移狀態與加載歷史相關；在作動器斷電位移保持區間內，當輸出桿縮進時，對多個壓電堆采用分時驅動的方式，分別依次對每個壓電堆施加負向電壓達到U1，后降為0V，多個壓電堆均施加此電壓激勵過程后，可保持位移d1，當需要可保持位移d1增大時，則增大負向電壓U1；在作動器斷電位移保持區間內，當輸出桿伸長時，對多個壓電堆采用分時驅動的方式，分別依次對每個壓電堆施加正向電壓達到U2，后降為0V，多個壓電堆均施加此電壓激勵過程后，可保持位移d2，當需要可保持位移d2增大時，則增大正向電壓U2。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：

1)相對于傳統的具有斷電鎖止功能的壓電材料作動器技術，本發明無需電動部件驅動鎖止結構，通過加載歷史實現壓電材料斷電位移保持功能，作動機構尺寸小。

2)相對于應變記憶合金，本發明具有可連續調節的可斷電保持位移，作動器作動精度高。

3)相比于單個壓電堆的方式，多個壓電堆分時驅動的方式相比，具有較小的正負向位移過沖量。

附圖說明

圖1為本發明壓電作動器的結構圖。

圖2為單個壓電堆作動時的作動過程圖。