專利名稱：級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電作動(dòng)器，具體涉及一種級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器。
背景技術(shù)：
作動(dòng)器在人類生活的各個(gè)方面有極其廣泛的應(yīng)用，在某些領(lǐng)域中(比如航天，醫(yī)療領(lǐng)域)往往要求作動(dòng)器能夠兼具大小步長(zhǎng)的輸出，即要求作動(dòng)器不但具有較大的作動(dòng)范圍，同時(shí)輸出的位移具有較高的分辨率，而且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕。但是傳統(tǒng)的壓電作動(dòng)器難以兼具上述特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器，不但能夠在較大范圍內(nèi)輸出位移，同時(shí)輸出的位移又具有較高的分辨率。而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器，包括外部位移放大機(jī)構(gòu)I、套入外部位移放大機(jī)構(gòu)I內(nèi)并和其固定的內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2,以及置于外部位移放大機(jī)構(gòu)I內(nèi)或置于外部位移放大機(jī)構(gòu)I和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2間的壓電堆，所述外部位移放大機(jī)構(gòu)I和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2相互垂直放置。所述外部位移放大機(jī)構(gòu)I和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2為菱形框架結(jié)構(gòu)。所述外部位移放大機(jī)構(gòu)I的短軸與內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的長(zhǎng)軸相重合，第一壓電堆3兩端分別與外部位移放大機(jī)構(gòu)I的長(zhǎng)軸兩端相連接，第二壓電堆4和第三壓電堆5分別將內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的長(zhǎng)軸兩端與外部位移放大機(jī)構(gòu)I的短軸兩端相連接，各壓電堆始終處于受壓狀態(tài)。所述外部位移放大機(jī)構(gòu)I的框架厚度比內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的框架厚度厚。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)外部位移放大機(jī)構(gòu)和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)相耦合，第一壓電堆通電后使得外部位移放大機(jī)構(gòu)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度增加，這導(dǎo)致外部位移放大機(jī)構(gòu)的短軸長(zhǎng)度減小，而且短軸長(zhǎng)度的變化量相對(duì)于長(zhǎng)軸長(zhǎng)度的變化量按倍數(shù)被加以放大。如果此時(shí)第二和第三壓電堆不通電，則外部位移放大機(jī)構(gòu)短軸長(zhǎng)度的變化被完全傳遞到內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)軸上，導(dǎo)致其長(zhǎng)軸長(zhǎng)度被縮小。而內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度的縮小又導(dǎo)致其短軸長(zhǎng)度增加，而且短軸長(zhǎng)度的增加量按倍數(shù)被放大。這樣內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)的短軸長(zhǎng)度增加量相對(duì)于壓電堆的伸長(zhǎng)量被放大了兩次，因此具有較大的位移輸出。當(dāng)?shù)诙偷谌龎弘姸淹姇r(shí)，由于外部位移放大機(jī)構(gòu)的剛度遠(yuǎn)大于內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)，第二和第三壓電堆的伸長(zhǎng)將導(dǎo)致內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)的短軸長(zhǎng)度減小，從而使得內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)沿其長(zhǎng)軸方向輸出位移。同時(shí)由于第二和第三壓電堆的尺寸較小，因此輸出的位移具有較高的分辨率，即該作動(dòng)器沿內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)軸方向輸出的位移不但具有較大的范圍而且具有較高的分辨率。


附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如附圖所示，本發(fā)明實(shí)施例一種級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器，包括菱形框架結(jié)構(gòu)的外部位移放大機(jī)構(gòu)I和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2，內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2套入外部位移放大機(jī)構(gòu)I內(nèi)，外部位移放大機(jī)構(gòu)I和水平面平行，內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的短軸和水平面垂直，外部位移放大機(jī)構(gòu)I的短軸與內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的長(zhǎng)軸相重合,第一壓電堆3兩端分別與外部位移放大機(jī)構(gòu)I的長(zhǎng)軸兩端相連接，第二壓電堆4和第三壓電堆5分別將內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的長(zhǎng)軸兩端與外部位移放大機(jī)構(gòu)I的短軸兩端相連接，各壓電堆始終處于受壓狀態(tài)。本實(shí)施例一種三軸壓電作動(dòng)器的工作原理是大尺寸壓電堆3通電后使得外部位移放大機(jī)構(gòu)I長(zhǎng)軸長(zhǎng)度增加，這導(dǎo)致外部位移放大機(jī)構(gòu)I的短軸長(zhǎng)度減小，而且短軸長(zhǎng)度的變化量相對(duì)于長(zhǎng)軸長(zhǎng)度的變化量按倍數(shù)被加以放大。如果此時(shí)第二和第三壓電堆不通電，則外部位移放大機(jī)構(gòu)I短軸長(zhǎng)度的變化被完全傳遞到內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的長(zhǎng)軸上，導(dǎo)致其長(zhǎng)軸長(zhǎng)度被縮小。而內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2長(zhǎng)軸長(zhǎng)度的縮小又導(dǎo)致其短軸長(zhǎng)度增加，而且短軸長(zhǎng)度的增加量按倍數(shù)被放大。這樣內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的短軸長(zhǎng)度增加量相對(duì)于壓電堆的伸長(zhǎng)量被放大了兩次，因此具有較大的位移輸出。當(dāng)?shù)诙偷谌龎弘姸淹姇r(shí)，由于外部位移放大機(jī)構(gòu)的剛度遠(yuǎn)大于內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2,第二和第三壓電堆的伸長(zhǎng)將導(dǎo)致內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)的短軸長(zhǎng)度減小，從而使得內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)沿其長(zhǎng)軸方向輸出位移。同時(shí)由于第二和第三壓電堆的尺寸較小，因此輸出的位移具有較高的分辨率，即該作動(dòng)器沿內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)2的長(zhǎng)軸方向輸出的位移不但具有較大的范圍而且具有較高的分辨率。
權(quán)利要求
1.ー種級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器，其特征在于包括外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)、套入外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)內(nèi)并和其固定的內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)(2)，以及置于外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)內(nèi)或置于外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)(2 )間的壓電堆，所述外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)(2 )相互垂直放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器，其特征在于所述外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)(2)為菱形框架結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器，其特征在于所述外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)的短軸與內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)(2)的長(zhǎng)軸相重合，第一壓電堆(3)兩端分別與外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)的長(zhǎng)軸兩端相連接，第二壓電堆(4)和第三壓電堆(5)分別將內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)(2)的長(zhǎng)軸兩端與外部位移放大機(jī)構(gòu)(I)的短軸兩端相連接，各壓電堆始終處于受壓狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種三軸壓電作動(dòng)器，其特征在于所述外部位移放大機(jī)構(gòu)(O的框架厚度比內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)(2)的框架厚度厚。
全文摘要
一種級(jí)聯(lián)放大式可調(diào)步長(zhǎng)壓電作動(dòng)器，包括外部位移放大機(jī)構(gòu)、套入外部位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)并和其固定的內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)，以及置于外部位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)或置于外部位移放大機(jī)構(gòu)和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)間的壓電堆，外部位移放大機(jī)構(gòu)和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)相互垂直放置；本發(fā)明通過(guò)外部位移放大機(jī)構(gòu)和內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)相耦合，通電后壓電堆端部沿x方向產(chǎn)生位移，該位移經(jīng)過(guò)外部位移放大機(jī)構(gòu)放大后在Y方向輸出，Y方向的位移又被傳遞到內(nèi)部位移放大機(jī)構(gòu)上加以放大，并在Z方向輸出，這樣在XYZ三個(gè)方向上都可輸出位移，而且Z方向的位移相比X方向被放大了兩次，因此在Z方向上具有較大的位移輸出；同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小重量輕。
文檔編號(hào)H02N2/02GK102983777SQ201210473880
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者敬子建, 徐明龍, 何少澤, 陳杰 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)