[发明专利]压电液压直线马达

说明书

技术领域

本发明属于机电液一体化领域，具体涉及一种利用压电泵驱动液体循环， 将压电陶瓷高频、微小往复振动转换成液压缸活塞有规律宏观直线运动的压电 液压驱动器，即压电液压直线马达。

背景技术

压电陶瓷具有结构简单，响应快、无电磁干扰、能耗低、易于控制等特点， 在航空航天、机械、光学工程、生物医药及流体驱动与控制等领域都有广泛的 应用。目前，以压电陶瓷为动力部件实现力和直线位移输出/控制压电驱动器 有多种形式，可简单归结为3类：1)直接利用压电体伸缩变形输出力或位移的 压电驱动器；2)采用杠杆及柔性铰链等放大机构的压电驱动器；3)采用嵌位 机构或超声波原理形成的步进式压电马达。前两类压电驱动器的结构简单、输 出力大，但位移微小，实际应用受到了一定的限制；后者可获得较大的运动行 程，但结构及控制复杂、要求部件的加工精度高，由于依靠摩擦力传递力和位 移，因此进给刚度低、输出驱动力远低于压电体变形产生的压力，只有几到几 十牛顿，无法满足力和位移都较大的使用场合。体积小，重量轻，高输出力、 大位移，速度快，能效高的新型驱动器是很多领域所急需的。例如，材料试验 机、火箭发动机推力测量试验台、直升机转子微小摆动和传统航空器表面的主 动控制等应用对象，通常要求驱动器具有较大的输出力和位移来满足结构控制 的要求，这类设备的控制对象主要是负荷，通过实时的大范围精密位移来加载 或卸载(在数毫米/厘米的行程范围内进行数千牛顿力的双向调整)，这是目前 现有压电驱动器难以满足的。

发明内容

本发明提供一种压电液压直线马达，以解决压电驱动器存在的输出力和位 移微小、不能满足实际需要的问题。本发明采取的技术方案是：压电泵的入口 与蓄能器通过管路连接，该蓄能器还通过管路与换向阀连接，该换向阀与压电 泵的出口通过管路连接，该换向阀还通过管路与液压缸的腔体连接。

本发明一种实施方式是：该换向阀采用3位4通阀。

本发明一种实施方式是：压电泵采用压电叠堆泵，所述压电叠堆泵由泵体、 1～10个压电叠堆振子、刚性顶块、弹性隔膜及截止阀构成，所述泵体及弹性隔 膜共同构成泵腔。

本发明一种实施方式是：压电泵采用压电晶片泵，所述压电晶片泵由泵体、 1～10个压电晶片振子及截止阀构成，所述泵体及压电晶片振子共同构成泵腔。

本发明中压电泵是动力元件，实现流体的循环与驱动；换向阀的功能是控 制流体的流动及液压缸活塞的运动方向；蓄能器的作用是吸纳高压流体、补充 低压流体，存储活塞两端面积不等造成的液体容积差；液压缸的功能是实现力 或位移的输出。本发明的特点是能同时获得较大的输出力和运动行程。

本发明利用压电泵驱动液体循环，通过流体介质实现运动转换和动力传递， 进而将压电振子的高频微幅往复振动转换成液压缸活塞的直线运动。

在本发明的一个实施方式中，包含至少一个压电泵、换向阀、蓄能器、液压 缸及连接管路等部分。所述压电泵中的压电振子在交变电压作用下发生变形时， 压电泵泵腔容积及流体压力发生变化，进而推动单向阀的开启与关闭：当所述 压电振子的形变使压电泵泵腔容积减小、流体压力增加时，压电泵的进口阀关 闭、出口阀开启，泵腔内高压流体经换向阀进入液压缸的某个腔体；同时，液 压缸另一个腔体内的液体进入蓄能器，液压缸活塞运动一步；交变电压换向后， 压电泵泵腔容积增加、泵腔内液体压力降低，致使压电泵的进口阀开启、出口 阀关闭，蓄能器内液体进入泵腔，至此完成一个工作循环。当压电振子在交变 电压作用下连续工作时，压电泵输出的脉动流体推动液压缸活塞进行直线运动。 通过换向阀控制，可实现液压缸活塞的前进、后退、摆动或自锁。

在本发明的另一个实施方式中，所述压电泵包含至少一个压电叠堆振子、 泵腔膜薄、刚性顶块及一对截止阀。所述压电叠堆振子在交变电压作用下发生 伸缩变形时，通过刚性顶块及泵腔隔膜改变泵腔容积和流体压力，进而推动单向 阀的开启与关闭，实现流体的单向、连续流动。

在本发明的另一个实施方案中，所述压电泵包含至少一个压电晶片振子和 一对截止阀。所述压电晶片振子在交变电压作用下发生弯曲变形时，致使泵腔容 积及流体压力发生变化，进而推动单向阀的开启与关闭，实现流体的连续输出。