[发明专利]多工作模式复合型悬臂多足压电驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多工作模式复合型悬臂多足压电驱动器，属于压电驱动技术领域。

背景技术

压电驱动是一种利用压电功能材料的逆压电效应实现致动输出的新型驱动方式，与传统电磁驱动相比，具有结构多样、定位精度高、分辨力高、断电自锁、无电磁干扰、响应速度快、低速大推力/力矩、易于实现直线和多自由度驱动等优点，是目前常用一种精密驱动方式。

目前成熟的压电驱动一般通过两个或者多个定子固有振动的组合实现驱动齿或驱动足处椭圆轨迹振动的激励，进而通过定子和动子之间的摩擦耦合实现动子致动。目前已经有很多新结构的足式压电驱动器被提出，但是他们普遍采用单足或者双足实现驱动，由于驱动足数量有限，存在输出不稳定、预压系统结构复杂等问题；此外，目前压电驱动器采用的定子振动大多属于自由振动的范畴，多数采用薄壁环或者薄壁梁来实现弹性支撑和振动的隔离，实际工作过程中弹性环节存在高幅度振动，而且弹性环节的存在也不利于施加大的预压力；另外，压电驱动器一般工作在某一个共振模态，也就是只有一个最佳工作频率，其工作频率一般在共振频率附近，这使得其工作频率范围较窄，不利于机械输出特性的灵活调整。

发明内容

本发明目的是为了解决现有压电驱动器存在输出不稳定、预压系统结构复杂、弹性支撑环节振动幅度大、预压力施加复杂、工作频率范围窄、机械输出特性调整不灵活的问题，提供了一种多工作模式复合型悬臂多足压电驱动器。

本发明所述多工作模式复合型悬臂多足压电驱动器，包括基座和n个弯曲换能器，其中，n为大于等于4的偶数，n个弯曲换能器对称分布在基座的两侧；每个弯曲换能器包括第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组、螺柱、前端盖、驱动足和电极片；前端盖是截面逐渐变细的块体，驱动足设置在前端盖的窄端；第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组依次通过螺柱紧固在基座和前端盖的宽端之间；n个弯曲换能器通过n个螺柱对称固定在基座的两侧；第一压电陶瓷组包括m个第一压电陶瓷片，m为大于等于2的偶数，相邻的两个第一压电陶瓷片之间设置有电极片；相邻两个第一压电陶瓷片的极化方向相反；m个第一压电陶瓷片沿弯曲换能器轴线方向极化；每个第一压电陶瓷片均分为左区、第一中区和右区，左区和右区的极化方向相反，第一中区不极化；第二压电陶瓷组包括k个第二压电陶瓷片，k为大于等于2的偶数，相邻的两个第二压电陶瓷片之间均设置有电极片；相邻两个第二压电陶瓷片的极化方向相反；k个第二压电陶瓷片沿弯曲换能器轴线方向极化；每个第二压电陶瓷片均分为上区、第二中区和下区，上区和下区的极化方向相反，第二中区不极化。

本发明的优点：本发明所述的多工作模式复合型悬臂多足压电驱动器结构简单、易于实现集成化和系列化；采用仿多足生物的多足驱动方式可实现稳定的输出，且预压系统较简单；工作过程中安装座与外部结构固定连接，换能器工作在悬臂弯曲振动状态，克服了薄壁构件弹性支撑带来的振幅大、预压力提高受限等问题；此外，弯曲换能器可以基于一阶弯振模态工作，也可以工作在其他高阶弯振模态，这使得该驱动器具有多个工作频率，极大程度的提高了其工作频率范围，也使其可以获得更加丰富的机械输出特性。本发明的多工作模式复合型悬臂多足压电驱动器具有结构简单、设计灵活、输出稳定、工作频率范围宽等突出优点。

附图说明

图1是当n＝4、m＝4、k＝4时多工作模式复合型悬臂多足压电驱动器的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1中第一压电陶瓷组的极化方向示意图；

图4是图1中第二压电陶瓷组的极化方向示意图；

图5是有两个对称弯曲换能器的一阶水平弯曲振动的振型图；

图6是有两个对称弯曲换能器的一阶竖直弯曲振动的振型图；

图7是有两个对称弯曲换能器的二阶水平弯曲振动的振型图；

图8是有两个对称弯曲换能器的二阶竖直弯曲振动的振型图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式所述多工作模式复合型悬臂多足压电驱动器，包括基座1和n个弯曲换能器2，其中，n为大于等于4的偶数，n个弯曲换能器2对称分布在基座1的两侧；