[发明专利]具有小位移过冲量可断电保持位移的压电作动器的作动方法

说明书

一种具有小位移过冲量可断电保持位移的压电作动器及作动方法，该作动器包括壳体，位于壳体内部的带输出杆的菱形环，菱形环内部长轴上装配有作动压电堆和补偿压电堆，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；壳体与上盖结合螺钉、销子等部件组成机械限位机构；补偿压电堆处于其最大断电位移保持状态，在作动器断电位移保持区间内，当输出杆缩进时，同时对作动压电堆施加负向电压U1，补偿压电堆施加正向电压U2，后降为0V，可保持位移d1；当输出杆伸长时，对作动压电堆施加正向电压U1，后降为0V，补偿压电堆不加电，可保持位移d2。本发明为断电位移保持、小位移过冲量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，具体涉及一种具有小位移过冲量可断电保持位移的压电作动器及作动方法。

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。同时压电材料工作时电压激励下的位移作为可断电保持位移的过充量，限制了压电材料基于材料特性的断电位移保持功能的应用。

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具有小位移过冲量可断电保持位移的压电作动器及作动方法，为解决断电位移保持、小机构尺寸、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：

一种具有小位移过冲量可断电保持位移的压电作动器，包括壳体，位于壳体内部的带输出杆的菱形环3，菱形环3内部长轴上装配有作动压电堆4-1和补偿压电堆4-2，连接于壳体上的上盖；菱形环3长轴端部的输出杆通过上盖通孔与外部结构连接；壳体与上盖结合螺钉、销子等部件组成机械限位机构；作动压电堆4-1和补偿压电堆4-2的导线通过壳体的引线孔引出。

所述机械限位机构包括三种结构：

第一种结构：机械限位机构包括方槽壳体1，通过销子5与方槽壳体1连接的带槽上盖2，穿过带槽上盖2通孔固紧于销子5的固定螺钉6，穿过方槽壳体1的侧面方槽用于调整菱形环3位置的楔形块 7，穿过方槽壳体1的侧面通孔固紧于菱形环3的固紧螺钉10，用于封装方槽壳体1腔体的底片8，穿过底片8通孔和方槽壳体1的底部通孔的用于固紧楔形块7的紧固螺钉9；通过楔形块7能够调节菱形环3靠近输出杆的端面相对于带槽上盖2的位置，实现机械限位的功能；

第二种结构：机械限位机构包括螺纹孔壳体11，通过销子5与螺纹孔壳体11连接的带槽上盖2，穿过带槽上盖2通孔固紧于销子5 的固定螺钉6，穿过螺纹孔壳体11的底部螺纹孔用于调整菱形环3 位置的顶丝12，穿过螺纹孔壳体11的侧面通孔固紧于菱形环3的固紧螺钉10；通过顶丝12能够调节菱形环3靠近输出杆的端面相对于带槽上盖2的位置，实现机械限位的功能；

第三种结构：机械限位机构包括圆孔壳体13，穿过圆孔壳体13 的底部通孔用于固紧菱形环3的底部螺钉16，通过顶部螺钉15与圆孔壳体13连接的圆孔上盖14；通过顶部螺钉15可调节圆孔上盖14 相对于菱形环3靠近输出杆的端面的位置，实现机械限位的功能。

所述输出杆提供的作动位移由作动压电堆4-1、补偿压电堆4-2、菱形环3和机械限位机构共同提供。