[发明专利]一种可断电保持位移的压电作动器的分时驱动的作动方法

说明书

一种可断电保持位移的压电作动器及分时驱动的作动方法，该作动器包括壳体，位于壳体内部的通过底部螺钉连接的带输出杆的菱形环，菱形环内部长轴上装配有多个压电堆，连接于壳体上的上盖；上盖包含通孔，菱形环长轴端部的输出杆通过上盖通孔与外部结构连接；在作动器断电位移保持区间内，当输出杆缩进时，分别依次对每个压电堆施加负向电压达到U1，后降为0V，可保持位移d1，当需要可保持位移d1增大时，需增大负向电压U1；当输出杆伸长时，分别依次对每个压电堆施加正向电压达到U2，后降为0V，可保持位移d2，当需要可保持位移d2增大时，需增大正向电压U2。本发明为断电位移保持、高精度作动提供了有效的解决方案。

技术领域

本发明涉及压电材料作动器，具体涉及一种可断电保持位移的压电作动器及分时驱动的作动方法。

背景技术

微位移的作动及基于极高精度的大变形作动技术是科学仪器、航天器精确指向、材料工程、高精度机加工等领域的核心技术。目前多由压电材料执行核心作动任务，压电材料可为精密调节提供材料基础，与机构配合可实现高精度的位移控制。基于压电效应开发的具有断电锁止功能的作动器，均需要锁止机构，多采用电动部件驱动锁止的方式，然而由于增大了机构尺寸、对驱动控制器有更高的要求，其作动精度多为单步位移长度(100nm)，在小体积、高作动精度(1-100nm) 的领域受限，难以进一步发展。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可断电保持位移的压电作动器及分时驱动的作动方法，为解决断电位移保持、小机构尺寸、较小的正负向位移过冲量、高精度作动技术提供了有效的解决方案。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种可断电保持位移的压电作动器，包括壳体1，位于壳体1内部的通过底部螺钉5连接的带输出杆的菱形环3，菱形环3内部长轴上装配有多个压电堆，连接于壳体1上的上盖2；菱形环3与多个压电堆过盈配合；菱形环3长轴端部的输出杆通过上盖2的通孔与外部结构连接；多个压电堆的导线通过壳体1的引线孔引出；所述上盖2 提供封装的作用，整个工作过程不与菱形环3端面接触。

所述菱形环3的输出杆提供的作动位移、作动力由压电堆的推力、菱形环3的弹性力共同提供。

所述上盖2通过固定螺钉6连接于壳体1上。

所述压电堆的数量为5个，压电堆的形状为矩形，矩形长边与菱形环3长轴方向一致。

所述一种可断电保持位移的压电作动器的分时驱动的作动方法，压电堆的压电材料在周期性加载时，压电堆在每个电压状态均具有两个位移状态，而当激励电压跨0V时，在0V时同样有两个位移状态，此位移状态与加载历史相关；在作动器断电位移保持区间内，当输出杆缩进时，对多个压电堆采用分时驱动的方式，分别依次对每个压电堆施加负向电压达到U1，后降为0V，多个压电堆均施加此电压激励过程后，可保持位移d1，当需要可保持位移d1增大时，则增大负向电压U1；在作动器断电位移保持区间内，当输出杆伸长时，对多个压电堆采用分时驱动的方式，分别依次对每个压电堆施加正向电压达到U2，后降为0V，多个压电堆均施加此电压激励过程后，可保持位移d2，当需要可保持位移d2增大时，则增大正向电压U2。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1)相对于传统的具有断电锁止功能的压电材料作动器技术，本发明无需电动部件驱动锁止结构，通过加载历史实现压电材料断电位移保持功能，作动机构尺寸小。

2)相对于应变记忆合金，本发明具有可连续调节的可断电保持位移，作动器作动精度高。

3)相比于单个压电堆的方式，多个压电堆分时驱动的方式相比，具有较小的正负向位移过冲量。

附图说明

图1为本发明压电作动器的结构图。

图2为单个压电堆作动时的作动过程图。