A型弹性拓扑压电致动机构制造技术

一种A型弹性拓扑压电致动机构，属于压电驱动技术领域。本发明专利技术为解决现有压电驱动器通过两个或多个固有振动模态的复合实现驱动，造成结构固定，无法根据使用进行调整和优化的问题。包括：将两个驱动臂、夹持结构和中间换能器形成A型弹性拓扑结构；嵌放本体连接在两个驱动臂之间，其上下侧表面对称设置三对凹槽；其上侧和下侧表面分别居中设置中间凹槽，两个弹簧块凹槽对称设置在中间凹槽的两侧；两个中间凹槽的槽底分别嵌放一片绝缘片；每个中间凹槽内，四片压电陶瓷片和四片金属电极依次顺序间隔排放；每个弹簧块凹槽内过盈嵌放一个弹簧块。本发明专利技术能够有效地解决模态简并带来的压电驱动器设计灵活性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
A型弹性拓扑压电致动机构
本专利技术涉及A型弹性拓扑压电致动机构，属于压电驱动

技术介绍
现有压电驱动器通常利用两个或多个固有振动模态的复合实现驱动功能。对不同固有振动模态进行复合的过程，称为频率简并，也叫模态简并。频率简并需要不断调整模态特征频率的敏感参数，以达到不同固有振动模态特征频率的协调一致。也就是说，为实现频率简并，驱动器的各个结构参数被固定，不能进一步再调整和优化。然而，工业产品在使用中存在标准化和系列化的要求，即需要能够根据实际工作状况和应用场合，进行结构尺寸以及性能参数等方面的灵活调整。所述频率简并的过程，使得压电驱动器不能满足根据实际工况灵活调整自身结构尺寸、并实现优化设计的需求，遑论实现驱动器的标准化、系列化。因此，提供能够根据实际驱动对象和工作空间进行灵活设计的压电驱动器至关重要。
技术实现思路
针对现有压电驱动器通过两个或多个固有振动模态的复合实现驱动，造成结构固定，无法根据使用进行调整和优化的问题，本专利技术提供一种A型弹性拓扑压电致动机构。本专利技术的一种A型弹性拓扑压电致动机构，包括两个驱动臂100、夹持结构200和中间换能器300，两个驱动臂100的首端通过夹持结构200连接在一起，并且中间换能器300连接在两个驱动臂100之间，形成A型弹性拓扑结构；所述中间换能器300包括嵌放本体310、八片压电陶瓷片320、四个弹簧块330、八片金属电极340和两片绝缘片350，嵌放本体310连接在两个驱动臂100之间，其上下侧表面对称设置三对凹槽；其上侧和下侧表面分别居中设置中间凹槽，两个弹簧块凹槽对称设置在中间凹槽的两侧；两个中间凹槽的槽底分别嵌放一片绝缘片350；每个中间凹槽内，四片压电陶瓷片320和四片金属电极340依次顺序间隔排放；每个弹簧块凹槽内过盈嵌放一个弹簧块330。根据本专利技术的A型弹性拓扑压电致动机构，所述驱动臂100的底段横截面积由大至小渐变，在末端形成驱动足；两个驱动臂100的底段横截面积变化方向及大小相一致，两个驱动足的横截面积相同。根据本专利技术的A型弹性拓扑压电致动机构，所述夹持结构200与驱动臂100之间通过柔性铰链连接。根据本专利技术的A型弹性拓扑压电致动机构，所述夹持结构200居中设置夹持孔。根据本专利技术的A型弹性拓扑压电致动机构，所述嵌放本体310与驱动臂100之间通过柔性铰链连接。根据本专利技术的A型弹性拓扑压电致动机构，所述压电陶瓷片320采用d33工作模式，沿厚度方向极化。根据本专利技术的A型弹性拓扑压电致动机构，所述弹簧块330采用弹性材料制成，并具有两排齿结构。根据本专利技术的A型弹性拓扑压电致动机构，所述嵌放本体310沿垂直于所述A型结构所在平面方向的厚度与驱动臂100的厚度不同。本专利技术的有益效果：本专利技术所述压电致动机构将压电驱动器(中间换能器)与弹性拓扑结构进行融合设计，利用压电驱动器激励出弹性拓扑结构的相应振动实现驱动，只包括了一个振动模态，不必进行不同振动模态之间的简并；它能够有效地解决模态简并带来的压电驱动器设计灵活性差的问题，便于根据实际使用情况进行调整和优化。附图说明图1是本专利技术所述A型弹性拓扑压电致动机构的立体结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是弹性拓扑与嵌放本体的连接结构示意图；图4是金属电极的电路连接示意图；图5是本专利技术所述A型弹性拓扑压电致动机构目标模态在状态A时的驱动示意图；图6是本专利技术所述A型弹性拓扑压电致动机构目标模态在状态B时的驱动示意图；图7是弹簧块的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。具体实施方式一、结合图1所示，本专利技术提供了一种A型弹性拓扑压电致动机构，包括两个驱动臂100、夹持结构200和中间换能器300，两个驱动臂100的首端通过夹持结构200连接在一起，并且中间换能器300连接在两个驱动臂100之间，形成A型弹性拓扑结构；所述中间换能器300包括嵌放本体310、八片压电陶瓷片320、四个弹簧块330、八片金属电极340和两片绝缘片350，嵌放本体310连接在两个驱动臂100之间，其上下侧表面对称设置三对凹槽；其上侧和下侧表面分别居中设置中间凹槽，两个弹簧块凹槽对称设置在中间凹槽的两侧；两个中间凹槽的槽底分别嵌放一片绝缘片350；每个中间凹槽内，四片压电陶瓷片320和四片金属电极340依次顺序间隔排放；每个弹簧块凹槽内过盈嵌放一个弹簧块330。本实施方式中，两个驱动臂100的首端通过夹持结构200连接在一起，形成弹性拓扑。压电陶瓷片320的嵌入式结构以及通过弹簧块330对压电陶瓷片320施加预应力的形式，使压电致动机构可以实现小型化设计。两片绝缘片350的作用是将嵌放本体310与压电陶瓷片320和金属电极340之间绝缘。结合图1和图2所示，弹簧块330沿Z方向的厚度尺寸，需稍大于弹簧块凹槽的Z方向尺寸，以保证使压电陶瓷片处于压应力状态。本实施方式所述的A型弹性拓扑压电致动机构在工作时，其中间换能器300的振动为一阶弯振模态。与传统的利用多模态工作的压电驱动器相比，具有两个优势：一、仅利用了一个振动模态，不存在模态简并的问题，因此也避免了由模态简并所带来的问题，即驱动器尺寸不能随着实际工作状况进行随意调整的问题；二、所述的A型弹性拓扑压电致动机构，只需要一相激励电压即可实现对整个压电致动机构的激励。大大简化了对驱动电路的要求，降低了整个驱动电路的复杂性，同时也起到提高驱动电路可靠性的作用。进一步，结合图1至图6，所述驱动臂100的底段横截面积由大至小渐变，在末端形成驱动足；两个驱动臂100的底段横截面积变化方向及大小相一致，两个驱动足的横截面积相同。驱动足界面逐渐变小，是为了实现振动能量的汇聚，实现增大驱动足末端振幅的作用。再进一步，所述夹持结构200与驱动臂100之间通过柔性铰链连接。通过设置柔性铰链，实现了振动能量的合理分布，使得中间换能器激发的能量，在驱动足处得到有效放大，同时在其他部分尽可能降低。再进一步，结合图1至图6，所述夹持结构200居中设置夹持孔。所述夹持结构主要是为了固定所述压电致动机构，夹持孔的设置是为了方便用螺栓固定，夹持孔的设定，只要实现夹持功能即可。再进一步，所述嵌放本体310与驱动臂100之间通过柔性铰链连接。柔性铰链的作用同上，不赘述。本实施方式中，所述驱动臂100、夹持结构200、嵌放本体3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种A型弹性拓扑压电致动机构，其特征在于，包括两个驱动臂(100)、夹持结构(200)和中间换能器(300)，/n两个驱动臂(100)的首端通过夹持结构(200)连接在一起，并且中间换能器(300)连接在两个驱动臂(100)之间，形成A型弹性拓扑结构；/n所述中间换能器(300)包括嵌放本体(310)、八片压电陶瓷片(320)、四个弹簧块(330)、八片金属电极(340)和两片绝缘片(350)，/n嵌放本体(310)连接在两个驱动臂(100)之间，其上下侧表面对称设置三对凹槽；其上侧和下侧表面分别居中设置中间凹槽，两个弹簧块凹槽对称设置在中间凹槽的两侧；两个中间凹槽的槽底分别嵌放一片绝缘片(350)；每个中间凹槽内，四片压电陶瓷片(320)和四片金属电极(340)依次顺序间隔排放；每个弹簧块凹槽内过盈嵌放一个弹簧块(330)。/n

【技术特征摘要】
1.一种A型弹性拓扑压电致动机构，其特征在于，包括两个驱动臂(100)、夹持结构(200)和中间换能器(300)，
两个驱动臂(100)的首端通过夹持结构(200)连接在一起，并且中间换能器(300)连接在两个驱动臂(100)之间，形成A型弹性拓扑结构；
所述中间换能器(300)包括嵌放本体(310)、八片压电陶瓷片(320)、四个弹簧块(330)、八片金属电极(340)和两片绝缘片(350)，
嵌放本体(310)连接在两个驱动臂(100)之间，其上下侧表面对称设置三对凹槽；其上侧和下侧表面分别居中设置中间凹槽，两个弹簧块凹槽对称设置在中间凹槽的两侧；两个中间凹槽的槽底分别嵌放一片绝缘片(350)；每个中间凹槽内，四片压电陶瓷片(320)和四片金属电极(340)依次顺序间隔排放；每个弹簧块凹槽内过盈嵌放一个弹簧块(330)。


2.根据权利要求1所述的A型弹性拓扑压电致动机构，其特征在于，
所述驱动臂(100)的底段横截面积由大至小渐变，在末端形成驱动足；两个驱动臂(100)的底段横截面积变化方向及大小相...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，朴胜春，陈洪娟，杨东川，王术镜，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23