[发明专利]一种复合位移放大型压电致动器

说明书

本发明公开了一种复合位移放大型压电致动器，包括外位移放大框和内多层叠加的柔性放大机构，外位移放大框包括固定端、传递杆、三角放大结构，传递杆一端通过柔性铰链与固定端的端部相连，另一端通过柔性铰链与三角放大结构的端部相连，三角放大结构的顶端通过柔性铰链与输出端相连；内多层叠加的柔性放大机构通过位移转化端固定在传递杆上，包括若干个柔性放大单元，每个柔性放大单元包括顶杆、柔性放大机构机架和方钹型压电叠堆机构，顶杆一端与方钹型压电叠堆机构固定，另一端通过柔性铰链与柔性放大机构机架相连，柔性放大机构机架彼此相连组成柔性放大机构。本发明具有结构简单、体积较小、分辨率高、频率快等优点。

技术领域

本发明属于精密微型机械领域，是一种利用压电效应的微位移放大机构，具体涉及一种复合位移放大型压电致动器。

背景技术

近年来，随着微电子技术、微机械技术、宇航、生物工程等学科的快速发展，微位移技术已成为精密运动系统和精密制造工艺中的关键技术之一。对于上述系统中的传动机构而言，传统的传动机构主要由电机或液压装置来实现。然而电机或液压装置存在许多不足，如定位精度不高、机构复杂、体积大等，不能满足现代精密机械的需求。

压电陶瓷以其体积小、位移分辨率高、响应速度快、输出力大、换能效率高等优点，得到了国内外广泛的研究和应用。但从总体上看，压电陶瓷其本身输出位移太小，就算目前已成为精密定位时比较理想的驱动元件，行程也只有数十纳米，因此在应用范围上受到了限制。

现有技术中研究的较多的是柔性铰链微位移放大机构，但这些研究的机构都过于复杂，并且在实现微位移放大的同时，极大的减小了驱动器的输出力，无法充分发挥出压电材料优异的驱动性能，因此，如何有效地将微位移进行放大，同时能够达到结构和控制较简单、精度高的目标是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种复合位移放大型压电致动器，其具有结构简单、体积较小、分辨率高、频率快等优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种复合位移放大型压电致动器，包括外位移放大框和内多层叠加的柔性放大机构，外位移放大框包括固定端、传递杆、三角放大结构，传递杆一端通过柔性铰链与固定端的端部相连，另一端通过柔性铰链与三角放大结构的端部相连，三角放大结构的顶端通过柔性铰链与输出端相连；内多层叠加的柔性放大机构通过位移转化端固定在传递杆上，包括若干个柔性放大单元，每个柔性放大单元包括顶杆、柔性放大机构机架和方钹型压电叠堆机构，顶杆一端与方钹型压电叠堆机构固定，另一端通过柔性铰链与柔性放大机构机架相连，柔性放大机构机架彼此相连组成柔性放大机构。

优选的，所述三角放大结构为等腰结构，在每个腰上均设有截面粗端与截面细端。现有技术中致动器截面均为粗端，在不影响整体刚度的前提下，本发明在每个腰上配合设置截面粗端与截面细端，可使得致动器输出位移量更大。

优选的，所述方钹型压电叠堆机构包括若干个叠加的方钹型压电叠堆单元。

更进一步的，所述方钹型压电叠堆包括两片金属方盖和两块沿厚度方向极化的压电陶瓷方片，压电陶瓷方片设置在两片金属方盖中间，三者固定连接。

更进一步的，各个所述方钹型压电叠堆之间采用环氧树脂粘接固定，或者采用在相邻的两片金属方盖上设置限位装置使其紧密配合。

更进一步的，所述方钹型压电叠堆与顶杆之间采用环氧树脂粘接固定，或者采用在金属方盖上焊接单头螺柱，在顶杆上钻螺纹孔，两者通过螺纹配合。

优选的，所述各柔性放大单元之间通过柔性铰链采用结构上串联的方式叠加。