一种双向压电驱动器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种双向压电驱动器，包括：压电振子、第一支撑腿、第二支撑腿、第三支撑腿、第一脚支座和第二脚支座，其中：支撑腿布置在压电振子下表面，脚支座连接在支撑腿自由端，脚支座由截面为扇形的高摩擦系数材料和低摩擦系数材料复合而成。对压电振子上施加偏置交流电压使其往复弯曲变形，带动其中两脚支座相互靠近或远离。在脚支座移动过程中，脚支座上不同摩擦系数的材料分别与工作面相接触，从而使脚支座产生不同的位移，最终实现驱动器的定向移动。本实用新型专利技术实现了双向驱动，且具有结构简单、维护成本低、对工作面的要求较低和延长驱动器中压电陶瓷的使用寿命的优点。

A bidirectional piezoelectric actuator

The utility model relates to a bi-directional piezoelectric actuator, which comprises a piezoelectric vibrator, a first support leg, a second support leg, a third support leg, a first foot support and a second foot support. The support leg is arranged on the lower surface of the piezoelectric vibrator, the foot support is connected to the free end of the support leg, and the foot support is fan-shaped with high friction. Several materials are combined with low friction coefficient materials. The alternating current voltage applied to the piezoelectric vibrator causes its reciprocating bending deformation, which drives the two foot bearings close to or away from each other. During the moving process of the foot support, the materials with different friction coefficients on the foot support contact with the working face respectively, so that the foot support produces different displacement, and finally realizes the directional movement of the driver. The utility model realizes bidirectional drive, and has the advantages of simple structure, low maintenance cost, lower requirements for working face and prolonging the service life of piezoelectric ceramics in the actuator.

【技术实现步骤摘要】
一种双向压电驱动器
本技术属于压电驱动领域，具体涉及一种双向压电驱动器。
技术介绍
传统的驱动器具有工作行程大、运动速度快和承载力大的特点，但是传统驱动器体积庞大且运动分辨率不高。现当代随着科学技术发展，微型机械、精密测量和生物医疗都对微型驱动器提出了更高的要求，要求微型驱动器必须实现小体积和高精度。新型微型驱动器主要利用形状记忆合金、磁致伸缩材料、电致伸缩材料和压电陶瓷进行驱动。其中，压电驱动微型驱动器具有定位精度高、响应速度快、抗电磁干扰、功耗小和驱动力大的优点，现有的压电驱动器主要有尺蠖型驱动和惯性驱动两类，但这两类驱动器结构较为复杂，多与工作面刚性接触，对工作环境要求高，易损耗构件不易更换。
技术实现思路
为了解决目前压电驱动器结构较为复杂，多与工作面刚性接触，对工作环境要求高，易损耗构件不易更换的问题，提出了一种双向压电驱动器，该驱动器由压电振子、第一支撑腿、第二支撑腿、第一脚支座和第二脚支座构成，其中所述压电振子由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述第一支撑腿和第二支撑腿为相同的矩形薄片构件且具有一定的弹性，所述第一支撑腿一端布置在压电振子下表面、另一端为自由端，所述第二支撑腿一端连接在压电振子下表面、另一端为自由端，所述第一脚支座和第二脚支座都为圆柱形构件，所述第一脚支座由截面为扇形的第一高摩擦系数材料和截面为扇形的第一低摩擦系数材料复合而成，所述第二脚支座由截面为扇形的第二低摩擦系数材料和截面为扇形的第二高摩擦系数材料复合而成，所述第一支撑腿的自由端与第一脚支座连接，所述第二支撑腿的自由端与第二脚支座连接。将驱动器放置在工作平面上，所述第一脚支座和第二脚支座与工作平面接触。该驱动器第一脚支座由两扇形的高摩擦系数材料和一低摩擦系数材料粘接而成，第二脚支座由两扇形的低摩擦系数材料和一高摩擦系数材料粘接而成，在所述压电振子上施加偏置交流电压使其发生往复弯曲变形，带动其中两脚支座相互靠近或相互远离。在脚支座移动过程中，脚支座受到与移动方向相反的摩擦力，摩擦力使脚支座和支撑腿发生一定的扭动，促使脚支座上不同摩擦系数的材料分别与工作面相接触，从而使脚支座产生不同的位移，最终实现驱动器的定向移动。该驱动器的正向移动工作原理示意图如图2所示：当压电振子未通电时，驱动器呈自然状态，支撑腿和脚支座未发生扭动，如图2(a)所示；给压电振子通一正向直流电，压电振子产生一定的凹变形，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，同时工作平面产生的摩擦力使压电振子两端的支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座逆时针转过小角度至高摩擦系数材料和低摩擦系数材料对应粘合处与工作面接触，第二脚支座顺时针转过小角度至高摩擦系数材料和低摩擦系数材料对应粘合处与工作面接触，如图2(b)所示；此时用交变电压驱动压电振子，压电振子继续产生凹变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，同时工作平面产生的摩擦力继续使第一压电振子两端的支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的高摩擦系数材料和第二脚支座的低摩擦系数材料与工作面接触，此时第二脚支座的滑移距离明显大于第一脚支座的滑移距离，如图2(c)所示；当压电振子通电产生凸变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，此时工作平面产生的摩擦力方向发生改变，压电振子两侧的支撑腿和脚支座分别产生一定的反方向扭动，致使第一脚支座的低摩擦系数材料和第二脚支座的高摩擦系数材料与工作面接触，此时第一脚支座的滑移距离明显大于第二脚支座的滑移距离，如图2(d)所示；当压电振子再次回到通直流电偏置位置时完成一个工作循环，如图2(e)所示。在压电振子通电往复弯曲变形的一个周期内，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离或相互靠近，当第一脚支座和第二脚支座相互远离时，第二脚支座发生较大的滑移，而当第一脚支座和第二脚支座相互靠近时，第一脚支座发生较大的滑移，因此在一个通电周期内驱动器会产生一个向右的步长。该驱动器的反向移动工作原理示意图如图3所示：当压电振子未通电时，驱动器呈自然状态，支撑腿和脚支座未发生扭动，如图3(a)所示；给压电振子通一反向直流电，压电振子产生一定的凸变形，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，同时工作平面产生的摩擦力使压电振子两端的支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座顺时针转过小角度至高摩擦系数材料和低摩擦系数材料对应粘合处与工作面接触，第二脚支座逆时针转过小角度至高摩擦系数材料和低摩擦系数材料对应粘合处与工作面接触，如图3(b)所示；此时用交变电压驱动压电振子，压电振子继续产生凸变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互靠近，同时工作平面产生的摩擦力继续使第一压电振子两端的支撑腿和脚支座发生一定扭动，致使第一脚支座的高摩擦系数材料和第二脚支座的低摩擦系数材料与工作面接触，此时第二脚支座的滑移距离明显大于第一脚支座的滑移距离，如图3(c)所示；当压电振子通电产生凹变形时，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离，此时工作平面产生的摩擦力方向发生改变，压电振子两侧的支撑腿和脚支座分别产生一定的反方向扭动，致使第一脚支座的低摩擦系数材料和第二脚支座的高摩擦系数材料与工作面接触，此时第一脚支座的滑移距离明显大于第二脚支座的滑移距离，如图3(d)所示；当压电振子再次回到通直流电偏置位置时完成一个工作循环，如图3(e)所示。在压电振子通电往复弯曲变形的一个周期内，带动第一脚支座和第二脚支座相互远离或相互靠近，当第一脚支座和第二脚支座相互靠近时，第二脚支座发生较大的滑移，而当第一脚支座和第二脚支座相互远离时，第一脚支座发生较大的滑移，因此在一个通电周期内驱动器会产生一个向左的步长。因此当压电振子受到正向偏置交变电压作用时，该驱动器实现正向驱动；当压电振子受到反向偏置交变电压作用时，该驱动器实现反向驱动。本技术实现了双向驱动，且具有结构简单、维护成本低、对工作面的要求较低和延长驱动器中压电陶瓷的使用寿命的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本技术一种双向压电驱动器，该驱动器由压电振子、第一支撑腿、第二支撑腿、第一脚支座和第二脚支座构成，其中所述压电振子由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述第一支撑腿和第二支撑腿为相同的矩形薄片构件且具有一定的弹性，所述第一支撑腿一端布置在压电振子下表面、另一端为自由端，所述第二支撑腿一端连接在压电振子下表面、另一端为自由端，所述第一脚支座和第二脚支座都为圆柱形构件，所述第一脚支座由截面为扇形的第一高摩擦系数材料和截面为扇形的第一低摩擦系数材料复合而成，所述第二脚支座由截面为扇形的第二低摩擦系数材料和截面为扇形的第二高摩擦系数材料复合而成，所述第一支撑腿的自由端与第一脚支座连接，所述第二支撑腿的自由端与第二脚支座连接。工作时，将驱动器放置在工作平面上，所述第一脚支座和第二脚支座与工作平面接触。该驱动器第一脚支座由两扇形的高摩擦系数材料和一低摩擦系数材料粘接而成，第二脚支座由两扇形的低摩擦系数材料和一高摩擦系数材料粘接而成，在所述压电振子上施加偏置交流电压使其发生往复弯曲变形，带动其中两脚支座相互靠近或相互远离。在脚支座移动过程中，脚支座受到与移动方向相反的摩擦力，摩擦力使脚支座和支撑腿发生一定的扭动，促使脚支座上不同摩擦系数的材料分别与工作面相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向压电驱动器，包括：压电振子(1)、第一支撑腿(2)和第二支撑腿(3)，其特征在于还包括实现双向驱动的第一脚支座(4)和第二脚支座(5)；其中所述压电振子(1)由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述第一支撑腿(2)和第二支撑腿(3)为相同的矩形薄片构件且具有一定的弹性，所述第一支撑腿(2)一端布置在压电振子(1)下表面、另一端为自由端，所述第二支撑腿(3)一端连接在压电振子(1)下表面、另一端为自由端，所述第一脚支座(4)和第二脚支座(5)都为圆柱形构件，所述第一脚支座(4)由截面为扇形的第一高摩擦系数材料(41)和截面为扇形的第一低摩擦系数材料(42)复合而成，所述第二脚支座(5)由截面为扇形的第二低摩擦系数材料(51)和截面为扇形的第二高摩擦系数材料(52)复合而成，所述第一支撑腿(2)的自由端与第一脚支座(4)连接，所述第二支撑腿(3)的自由端与第二脚支座(5)连接。

【技术特征摘要】
1.一种双向压电驱动器，包括：压电振子(1)、第一支撑腿(2)和第二支撑腿(3)，其特征在于还包括实现双向驱动的第一脚支座(4)和第二脚支座(5)；其中所述压电振子(1)由压电薄片材料粘贴在矩形弹性基体上构成，所述第一支撑腿(2)和第二支撑腿(3)为相同的矩形薄片构件且具有一定的弹性，所述第一支撑腿(2)一端布置在压电振子(1)下表面、另一端为自由端，所述第二支撑腿(3)一端连接在压电振子(1)下...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥莉，吴越，刘庆平，宋正义，王京春，杨志刚，董景石，韦东东，张宝玉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22