电场式驱动器制造技术

一种将电能转换为机械能出力的驱动装置，特别涉及一种电场式驱动器，包括驱动电路和致动器两部分，致动器包括若干个压电驱动片（5），其特征在于：压电驱动片（5）的一端设置有转轴（3），该转轴分别安装连接在连接板（11）或（24b）上，另一端固定连接连接板（9）或设置转轴（25），转轴（25）安装连接在连接板（24a），连接板（9、24a）上设置安装缓冲电阻（8）和必要的电极导线（7、10），连接块（23）固定连接两压电驱动片（5），通过由驱动电路同时对压电陶瓷片充电和放电实现控制各压电驱动片（5）的一起出力和复位，达到驱动器整体大出力大位移的目的，其节能环保效果显著，性能优良。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种电场式驱动器，属于将电能转换为机械能出力的驱动装置领域，可广泛代替各种电磁式驱动器以及应用于各种需要将电能转换为机械能出力的场合。
技术介绍
目前普遍使用的驱动器主要为电磁式驱动器，它是通过对电磁线圈通过电流产生磁场，继而吸引衔铁输出动力和位移的，电磁式驱动器为电流驱动的，功耗很大，发热严重，并产生大量电磁噪声和音频噪音，其寿命很有限；基于逆压电效应之纵效应工作的叠层型压电致动器价格非常昂贵，目前仅应用于要求非常高的高精尖端设备；基于逆压电效应之横效应工作的压电双晶片致动器尽管节能，输出位移较大，但出力太小，不能普及应用。
技术实现思路
根据以上现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种能耗极低、大出力大位移、寿命长、结构简单成本低、响应迅速、工作稳定可靠的电场式驱动器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是本专利技术电场式驱动器包括致动器和驱动电路两部分，其特征在于在弹性基板的两面或仅一个面粘贴压电陶瓷片，以此作成压电驱动片，把若干压电驱动片合理组合在一起作成致动器，从而把若干压电驱动片的出力和位移相叠加在一起，在驱动电路的控制驱动下共同输出动力和位移，达到大出力和大位移的目的。本专利技术采用压电陶瓷片作为从电能到机械能的转换材料，本专利技术的压电陶瓷片基于逆压电效应之横效应或电致应变效应工作的，其稳态时仅通过极微小的漏电流，相比同规格电磁铁其功耗忽略不计，将它作成压电驱动片结构可使压电陶瓷片的位移得到许多倍的放大，而压电驱动片的结构非常简单，其生产成本低，压电驱动片自身无可动部件，其寿命很长，且响应很快，工作稳定可靠，并且发生意外卡死无响应的极端情况也不会损坏压电驱动片。进一步，在紧临压电驱动片的一个侧面旁边设置挡板，以防止意外的过负荷冲击损伤压电驱动片。更进一步，压电驱动片要串联缓冲电阻，以免初始充电电流对压电陶瓷片的冲击损害，为了便于连接缓冲电阻和提高响应速度，电容量大的压电驱动片的一个电极面按纵向均匀分割出若干小电极。再进一步，压电驱动片可设置包括一片或多片压电陶瓷片，且压电陶瓷片可包括单层或多层压电陶瓷体，以使压电驱动片的结构简单紧凑，同一致动器使用特性一致的压电驱动片。再者，致动器的可动部件的电气连线采用软导线，以适应致动器的可靠稳定工作需要。本专利技术电场式驱动器的压电驱动片采用通电弯曲变形的工作方式。基于此，致动器包括转动式和直动式两种类型实施例，其特征分别为转动式实施例把各压电驱动片的一端用一连接板等间距固定连接在一起，把各压电驱动片的另一端用转轴通过另一连接板等间距连接在一起，以使两个连接板产生相对平行运动输出动力和位移。直动式实施例每两片压电驱动片的两端分别用转轴通过两连接板等间距连接在一起组成基本单元，此两片压电驱动片按照相反弯曲变形方向配置，各相邻基本单元依次通过压电驱动片中部的连接块固定连接在一起。各缓冲电阻设置安装在致动器的连接板上，以减少致动器的引线数量，简化结构。本专利技术所述的压电驱动片的出力和复位是通过由驱动电路对压电陶瓷片充电和放电实现的，而不另加其它机械复位装置。本专利技术所述的驱动电路包括整流电路、开关隔离电路、电压逻辑判断电路和放电开关电路，其中整流电路不设置在输入为直流电压的驱动电路中。整流电路把输入的交流电压转换成直流电压，该直流电压分别输入开关隔离电路和电压逻辑判断电路，开关隔离电路主要实现开关功能，电压逻辑判断电路根据输入电压的有无控制放电开关的导通或截止，存在输入电压时，开关隔离电路导通，放电开关电路截止，向各压电驱动片提供驱动电压，使驱动器出力；没有输入电压时，开关隔离电路截止，开关放电电路导通，各压电驱动片迅速释放存储的电荷，使驱动器复位。本专利技术所述的驱动电路完全采用半导体电子电路设计，无任何机械可动部件，其中优选方案是熔断器FU串联在输入电压回路中，起短路保护作用；采用桥式整流电路；开关隔离电路包括一个二极管D5 ；电压逻辑判断电路包括电阻Rl—R3、电容Cl和C2、二极管D6和反相器1C，反相器IC所需的电源和输入信号电压由串联电阻Rl—R3把整流输出的直流电压进行分压取得，储能电容C2向反相器IC提供稳定可靠的电压，二极管D6相当于一个开关，使储能电容C2只能经二极管D6支路充电，而不能放电，滤波电容Cl用于稳定反相器IC的输入信号电压；放电开关电路包括限流电阻R4和场效应三极管VT，反相器IC的输出端Y直接连接场效应三极管VT的栅极，场效应三极管VT的漏极串联电阻R4，以防过大的瞬时冲击电流损坏场效应三极管VT ；电容C3对驱动电路的输出电压进行有限的调压，它不耗能；输入为直流电压的驱动电路中不设置整流二极管Dl—D4、电容Cl和电容C3，以消除不必要的材料消耗。反相器IC和场效应三极管VT优选场效应器件，尤其是CMOS器件，以降低电路功耗。此电路功耗很低，使用元器件少，结构很简单，材料消耗很少，工作稳定可O各压电驱动片JZl—JZn可分别包括一个或多个压电陶瓷片，各压电陶瓷片电极之间可采用串联或并联的连接关系，以适应驱动电路输出电压的要求，并有助于产品的系列化规格化。本专利技术电场式驱动器所具有的有益效果是本专利技术选择压电陶瓷片作为从电能到机械能的转换媒介，而压电陶瓷片为电压驱动，自身具有功耗极低、产生力大，响应快的特点，通过理论分析和大量实验验证，优选逆压电效应之横效应或电致应变效应作为电一机转换机制，可使压电陶瓷片发挥出最大限度的转换效率。压电驱动片结构简单，小型、轻量，成本低，性能稳定可靠，寿命长，即使发生意外卡死无响应的极端情况也不会损坏压电驱动片。本专利技术采用电气放电复位方式，无其它机械复位装置，整体结构简单，体积小。本专利技术所述的驱动电路完全采用半导体电子电路设计，无任何机械可动部件，反相器IC和场效应三极管VT优选场效应器件，尤其是CMOS器件，电路结构很简单，材料消耗很少，电路的功耗很低，寿命长，无电磁噪声，基于此，电路板的体积很小，可以把驱动电路的电路板与致动器封装在一起，使本专利技术电场式驱动器整体结构紧凑，体积小巧，便于应用。通过科学合理的设计，把若干压电驱动片组合在一起作成致动器，在驱动电路的控制驱动下共同输出动力和位移，达到大出力和大位移的目的。通过根据本专利技术制作出的电场式驱动器实物可知电场式驱动器整体稳态功耗约为同规格电磁式驱动的1/350，其节能效果十分显著；而成本远远低于叠层压电致动器；电场式驱动器无电磁噪声和音频噪音，无任何发热现象。在电场式驱动器中，致动器功耗约占总功耗的O. 015，其节能潜力很大。本专利技术电场式驱动器表现出一系列优异性能，具有显著的经济和社会效益，具有十分广阔的发展前景。附图说明图1所示为本专利技术的原理方框图2所示为在弹性基板两侧表面均粘贴压电陶瓷片的压电驱动片示意图3所示为在弹性基板的一侧表面粘贴压电陶瓷片的压电驱动片示意图4所示为具有电极分割的压电驱动片示意图5所示为本专利技术实施例之转动式致动器实施例；图6所示为本专利技术实施例之直动式致动器实施例；图7所示为本专利技术实施例之直动式致动器实施例的输出动力和位移的示意图8所示为适用于输入为交流电压的驱动电路电气原理图9所示为适用于输入为直流电压的驱动电路电气原理图10所示为图6的局部放大图。其中1、压电陶瓷片2、弹性基板3、25、转轴4、分割本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电场式驱动器，包括致动器和驱动电路两部分；所述的致动器包括若干个压电驱动片（5），其特征在于：压电驱动片（5）的一端设置有转轴（3），该转轴分别安装连接在连接板（11）或（24b）上，另一端固定连接连接板（9）或设置转轴（25），转轴（25）安装连接在连接板（24a），连接板（9、24a）上设置安装缓冲电阻（8）和必要的电极导线（7、10）；?????连接块（23）固定连接两压电驱动片（5）；?????所述的压电驱动片（5）和缓冲电阻（8）通过导线连接至驱动电路，由驱动电路向各压电驱动片（5）提供合适的电压，通过由驱动电路同时对各压电陶瓷片充电和放电实现控制各压电驱动片（5）的一起出力和复位，而不另加其它机械复位装置；所述的驱动电路包括整流电路、开关隔离电路、电压逻辑判断电路和放电开关电路；所述的整流电路不设置在输入为直流电压的驱动电路中。

【技术特征摘要】
1.一种电场式驱动器，包括致动器和驱动电路两部分；所述的致动器包括若干个压电驱动片(5)，其特征在于:压电驱动片(5)的一端设置有转轴(3 )，该转轴分别安装连接在连接板(11)或(24b )上，另一端固定连接连接板(9 )或设置转轴(25 )，转轴(25 )安装连接在连接板(24a)，连接板(9、24a)上设置安装缓冲电阻(8 )和必要的电极导线(7、10)；连接块(23)固定连接两压电驱动片(5)；所述的压电驱动片(5)和缓冲电阻(8)通过导线连接至驱动电路，由驱动电路向各压电驱动片(5)提供合适的电压，通过由驱动电路同时对各压电陶瓷片充电和放电实现控制各压电驱动片(5)的一起出力和复位，而不另加其它机械复位装置；所述的驱动电路包括整 流电路、开关隔离电路、电压逻辑判断电路和放电开关电路；所述的整流电路不设置在输入为直流电压的驱动电路中。2.根据权利要求1所述的电场式驱动器，其特征在于:所述的压电驱动片(5)包括弹性基板(2)和压电陶瓷片(1)，在弹性基板(2)的两面或仅一个面设置一片或多片压电陶瓷片(1)，且压电陶瓷片(I)包括单层或多层压电陶瓷体，同一致动器使用特性一致的压电驱动片；所述的压电陶瓷片(I)是根据逆压电效应之横效应或电致应变效应工作的；所述的压电驱动片(5)采用通电弯曲变形的工作方式。3.根据权利要求1、2所述的电场式驱动器，其特征在于:电容量大的压电驱动片的一个电极面按纵向均勻分割出若干小电极(4)。4.根据权利要求1一3所述的电场式驱动器，其特征在于:所述的各压电驱动片(5)的相应电极分别串联缓冲电阻(8)，以免初始充电电流对压电陶瓷片的冲击损害。5.根据权利要求1所述的电场式驱动器，其特征在于:每两片压电驱动片5的两端分别用转轴3、25通过两连接板24b、24a等间距连接在一起组成基本单元，此两片压电驱动片5按照相反弯曲变形方向配置，各相邻基本单元依次通过压电驱动片5中部的连接块23固定连接在一起。6.根据权利要求1一5所述的电场式驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖国选，
申请(专利权)人：肖国选，
类型：发明
国别省市：