[發明專利]具有小位移過沖量可斷電保持位移的壓電作動器的作動方法

有效

• 申請號: 202010957765.X
• 申請日: 2020-09-12
• 公開（公告）號: CN112271955B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 劉開園;徐明龍;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

一種具有小位移過沖量可斷電保持位移的壓電作動器及作動方法，該作動器包括殼體，位于殼體內部的帶輸出桿的菱形環，菱形環內部長軸上裝配有作動壓電堆和補償壓電堆，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；殼體與上蓋結合螺釘、銷子等部件組成機械限位機構；補償壓電堆處于其最大斷電位移保持狀態，在作動器斷電位移保持區間內，當輸出桿縮進時，同時對作動壓電堆施加負向電壓U1，補償壓電堆施加正向電壓U2，后降為0V，可保持位移d1；當輸出桿伸長時，對作動壓電堆施加正向電壓U1，后降為0V，補償壓電堆不加電，可保持位移d2。本發明為斷電位移保持、小位移過沖量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，具體涉及一種具有小位移過沖量可斷電保持位移的壓電作動器及作動方法。

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。同時壓電材料工作時電壓激勵下的位移作為可斷電保持位移的過充量，限制了壓電材料基于材料特性的斷電位移保持功能的應用。

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具有小位移過沖量可斷電保持位移的壓電作動器及作動方法，為解決斷電位移保持、小機構尺寸、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：

一種具有小位移過沖量可斷電保持位移的壓電作動器，包括殼體，位于殼體內部的帶輸出桿的菱形環3，菱形環3內部長軸上裝配有作動壓電堆4-1和補償壓電堆4-2，連接于殼體上的上蓋；菱形環3長軸端部的輸出桿通過上蓋通孔與外部結構連接；殼體與上蓋結合螺釘、銷子等部件組成機械限位機構；作動壓電堆4-1和補償壓電堆4-2的導線通過殼體的引線孔引出。

所述機械限位機構包括三種結構：

第一種結構：機械限位機構包括方槽殼體1，通過銷子5與方槽殼體1連接的帶槽上蓋2，穿過帶槽上蓋2通孔固緊于銷子5的固定螺釘6，穿過方槽殼體1的側面方槽用于調整菱形環3位置的楔形塊 7，穿過方槽殼體1的側面通孔固緊于菱形環3的固緊螺釘10，用于封裝方槽殼體1腔體的底片8，穿過底片8通孔和方槽殼體1的底部通孔的用于固緊楔形塊7的緊固螺釘9；通過楔形塊7能夠調節菱形環3靠近輸出桿的端面相對于帶槽上蓋2的位置，實現機械限位的功能；

第二種結構：機械限位機構包括螺紋孔殼體11，通過銷子5與螺紋孔殼體11連接的帶槽上蓋2，穿過帶槽上蓋2通孔固緊于銷子5 的固定螺釘6，穿過螺紋孔殼體11的底部螺紋孔用于調整菱形環3 位置的頂絲12，穿過螺紋孔殼體11的側面通孔固緊于菱形環3的固緊螺釘10；通過頂絲12能夠調節菱形環3靠近輸出桿的端面相對于帶槽上蓋2的位置，實現機械限位的功能；

第三種結構：機械限位機構包括圓孔殼體13，穿過圓孔殼體13 的底部通孔用于固緊菱形環3的底部螺釘16，通過頂部螺釘15與圓孔殼體13連接的圓孔上蓋14；通過頂部螺釘15可調節圓孔上蓋14 相對于菱形環3靠近輸出桿的端面的位置，實現機械限位的功能。

所述輸出桿提供的作動位移由作動壓電堆4-1、補償壓電堆4-2、菱形環3和機械限位機構共同提供。