[發明專利]一種基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器及作動方法

有效

• 申請號: 202011022379.8
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112187095B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 胡濤濤;胡雄;王學智;康志斌;王棟
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器，其特征在于：包括殼體(5)、上作動單元、下作動單元和定位單元；

所述的上作動單元包括上作動桿(6)、兩只金屬電極(4)和不少于一只的逆撓曲電效應模塊，每只逆撓曲電效應模塊由環形質量塊(10)和撓曲電材料制成的環形敏感單元(9)組成，并設置在殼體內部；環形敏感單元(9)的內圈和外圈均鍍有金屬膜層(7)，環形敏感單元(9)的內圈粘接在上作動桿(6)上；

所述的下作動單元包括下作動桿(19)、兩只金屬電極(4)和不少于一只的逆撓曲電效應模塊，每只逆撓曲電效應模塊由環形質量塊(10)和撓曲電材料制成的環形敏感單元(9)組成，并設置在殼體內部；環形敏感單元(9)的內圈和外圈均鍍有金屬膜層(7)，環形敏感單元(9)的內圈粘接在下作動桿(19)上；

所述環形質量塊(10)的內圈固定在環形敏感單元(9)的外圈，且環形質量塊(10)自身重力作用在環形敏感單元(9)上，使得敏感單元(9)內部產生應變梯度；環形敏感單元(9)內外圈的金屬膜層(7)分別與兩只金屬電極(4)電連接；兩只金屬電極(4)通過引線(1)與殼體外部的正負電壓轉換器(3)、高壓電源(2)電連接；

所述的上作動桿(6)和下作動桿(19)分別通過殼體(5)上端和下端設置的通孔外伸在殼體外部；

所述的定位單元包括設置在殼體(5)內部的支撐桿(13)、套筒(16)、上定位連桿(14)、下定位連桿(20)和兩只自鎖開關(15)；套筒(16)固定在支撐桿(13)上；上定位連桿(14)、下定位連桿(20)分別與上作動桿(6)、下作動桿(19)固聯，并可在套筒(16)內部上下移位，兩只自鎖開關(15)分別實現上定位連桿(14)和下定位連桿(20)的位置鎖定。

2.根據權利要求1所述的基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器，其特征在于：所述的自鎖開關(15)包括彈簧(17)和設置在彈簧兩端的兩只滾珠(18)，所述的套筒(16)內壁對應位置加工有滾珠尺寸相匹配的環形定位槽；彈簧(17)水平設置在上定位連桿(14)或下定位連桿(20)內部，使得兩只滾珠定位在環形定位槽。

3.根據權利要求2所述的基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器，其特征在于：上定位連桿(14)的下端和下定位連桿(20)的上端之間設置有間隙。

4.根據權利要求1所述的基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器，其特征在于：殼體內部采用柔性絕緣環氧樹脂(8)填充固定。

5.根據權利要求1所述的基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器，其特征在于：金屬膜層(7)為厚度5nm的蒸鍍金電極，金屬電極(4)為直徑2mm、長10mm的銀棒，固定在殼體(5)上，殼體(5)、上作動桿(6)和下作動桿(19)均采用高強度SMC絕緣材料制成。

6.根據權利要求1所述的基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器，其特征在于：環形敏感單元(9)為8mm厚、2mm高的非極化鈦酸鋇圓環，環形質量塊(10)為8mm厚、2mm高的鎢圓環。

7.根據權利要求1所述的基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器，其特征在于：環形敏感單元(9)和環形質量塊(10)之間以及環形敏感單元(9)與作動桿(6)之間均采用膠粘接方式聯接。

8.根據權利要求1所述的基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器，其特征在于：環形敏感單元(9)內外圈的金屬膜層(7)分別通過引線(1)與兩只金屬電極(4)連接。

9.利用權利要求1或2所述的基于逆撓曲電效應的雙向伸縮作動器進行作動的方法，其特征在于：環形敏感單元(9)在環形質量塊(10)的重力作用下內部產生應變梯度，當外接高壓電源(2)通過正負電壓轉換器(3)和金屬電極(4)輸入電壓至環形敏感單元(9)后，外加電壓會沿著撓曲電材料應變梯度方向產生電場梯度，使環形敏感單元(9)產生機械應變，使得上作動桿(6)和下作動桿(19)同時同向或反向位移，驅動待位移部件移動。