[发明专利]一种音叉型结构的压电致动器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种音叉型结构的压电致动器及其工作方法，本发明压电致动器包括基板、定子、动子，所述的定子包括金属弹性体，金属弹性体安装于所述的基板，金属弹性体设有对称的悬臂梁，悬臂梁呈弧形，朝向对侧；金属弹性体的两表面以及悬臂梁的两表面各粘接压电陶瓷片；所述的动子直线滑动式地装配于所述的基板，所述的动子包括滑动片；所述定子的两悬臂梁能夹持所述的滑动片并促使滑动片作步进运动。本发明基于传统的贴片式压电致动器结构设计，研发了一种高精度、低噪音、结构小巧的压电致动器。

技术领域

本发明属于超声电机制造技术领域，具体涉及一种音叉型结构的压电致动器及其工作方法，其可以实现精密驱动以及定位功能。

背景技术

随着科技的进步与发展，特别是航空航天、生物医学、精密电子仪器等技术领域的快速发展，世界对于新型微特致动器提出了更高层次的要求，诸如小型化、轻量化、无电磁干扰等。传统马达以及气体阀因受结构的限制，使得此类装置难以缩小体积，且传统马达及气体阀在动作时也会产生噪音，导致使用上的不便利及不舒适。因此，压电致动器由于响应速度快、输出力大、结构紧凑、抗干扰能力强等优势在各种新型微特致动器中脱颖而出。在这其中，传统的压电致动器采用压电叠堆式和夹心式的结构设计，因其厚度较大，限制了其应用场景。而贴片式压电致动器定子结构，相较于传统压电致动器，装配更加简单，纵向尺寸小，信号激励简便，更加适合压电致动器的微型化发展。

传统的贴片式压电致动器的工作机理是利用压电陶瓷的逆压电效应，激励出金属弹性体定子的高频微幅运动，实现定子头部的椭圆运动轨迹，并通过定子、动子之间的粘滑摩擦作用将该振动转变成动子的位移输出，驱动负载。但现有压电致动器存在精度低、噪音高、结构大且复杂的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种音叉型结构的压电致动器及其工作方法。本发明在现有贴片型压电致动器的机械结构、性能输出的基础上，设计研制了一种基于粘滑驱动的音叉型结构的压电致动器。经过在其模型上开展动力学理论建模、仿真优化以及实验研究，得到了优秀的实验参数，从而保证了该压电致动器良好的输出性能。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种音叉型结构的压电致动器，包括基板、定子、动子，所述的定子包括金属弹性体，金属弹性体安装于所述的基板，金属弹性体设有对称的悬臂梁，悬臂梁呈弧形，朝向对侧；金属弹性体的两表面以及悬臂梁的两表面各粘接有压电陶瓷片；所述的动子直线滑动式地装配于所述的基板，所述的动子包括滑动片；所述定子的两悬臂梁能夹持所述的滑动片并促使滑动片作步进运动。

优选的，设一预紧基座，预紧基座安装所述的基板。

优选的，预紧基座安装有直线导轨，直线导轨滑动配合所述的动子。

优选的，动子包括滑块，滑块与所述的直线导轨滑动配合，滑块与所述的滑动片贴合并固定连接。

优选的，滑动片呈凸形，滑动片的凸部与定子的两侧悬臂梁相适配，所述定子的两悬臂梁能夹持滑动片的凸部。

优选的，预紧基座截面呈凹形，两侧壁各旋接一预紧螺栓。

优选的，基板呈一级台阶状，高台阶面安装所述的定子，低台阶面安装所述的动子。

优选的，金属弹性体和压电陶瓷片采用环氧树脂粘接。

优选的，金属弹性片选用铍青铜制成。

一种上述音叉型结构的压电致动器的工作方法，按如下步骤：

步骤一，对粘贴于金属弹性片以及悬臂梁正反两面的压电陶瓷片进行相反方向的极化处理；

步骤二，对粘贴于金属弹性片本体部的压电陶瓷片施加稳定额定频率的交流电压sin(ωt)，激发金属弹性片本体部的弯曲振动模态，带动悬臂梁作夹紧动作，使得定子的悬臂梁与动子之间有足够的摩擦力；