[发明专利]一种中空式双模态复合型压电作动器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种中空式双模态复合型压电作动器及其工作方法，包括中空式压电换能器、固定架组件和预压力施加装置。中空式压电换能器包含圆环形基体、若干矩形和扇环形压电陶瓷片。圆环形基体外环外法线上设置有第一和第二转轴、第一和第二作动头。基于本发明中的工作方法，上述中空式压电换能器在动摩擦力的推动下可以绕第一转轴转动，具有一个转动自由度。中空结构既利于减轻重量又可充当光线、电线和管线的通道，丰富了中空式压电作动器的对外输出运动形式，在空间光学仪器的光路调整等方面有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种中空式双模态复合型压电作动器及其工作方法，属于压电作动和超声电机领域。

背景技术

现有中空超声电机主要利用圆环形定子的两个面外同形正交弯曲振动模态的复合来驱动的，其内部存在的空心结构可以充当光线、电线和管线的通道，被广泛应用于望远镜光阑孔径的调节、单反相机镜头焦距的调整和医用导丝导管的辅助操纵。因为中空超声电机利用的工作振动模态比较固定，所以转子的运动形式相对单一，目前只能绕着过圆环形定子圆心且垂直于圆环形定子的转轴转动。

空间光学仪器中光路的调整需要圆形镜片绕其直径转动，现有中空超声电机由于对外输出运动形式的限制只能布置在圆形镜片直径转轴处进行驱动，这无疑丧失了空心结构的优势。

发明内容

本发明的目的在于克服技术背景中的缺陷，提出了一种中空式双模态复合型压电作动器及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明拟采用如下技术方案：

一种中空式双模态复合型压电作动器包括中空式压电换能器、固定架组件和预压力施加装置。

中空式压电换能器包含圆环形基体、若干矩形压电陶瓷片和若干扇环形压电陶瓷片。

圆环形基体外环外法线上设置有第一转轴、第二转轴、第一作动头、第二作动头，第一、第二转轴位于圆环形基体的同一条直径上，第一、第二作动头也位于圆环形基体的同一条直径上，且第一转轴所在的直径与第一作动头所在的直径垂直。第一作动头开有轴线沿该作动头所在圆环直径的螺纹盲孔，第一、二作动头的结构形式相同，上述第一、二转轴的结构形式相同。

圆环形基体内环上开有两个矩形槽，且两个矩形槽与第一作动头所在的圆环直径垂直。矩形压电陶瓷片沿着厚度方向极化，且与矩形槽相互配合。扇环形压电陶瓷片沿着厚度方向极化，统一粘贴在圆环形基体的上或者下底面，且沿着圆周方向相邻的扇环形压电陶瓷片的极化方向相反。

固定架组件由第一连接架、第二连接架、第一接触架和第二接触架组成。

第一连接架与第二连接架完全相同，第一连接架呈半圆形对称结构，两端各有一个梯形导轨，对称轴上开有通孔。

第一接触架与第二接触架结构形式相同，第一接触架包含第一扇环、第二扇环、第一突起块和第二突起块。

第一、第二扇环的结构形式相同，第一扇环侧面开有轴线过第一扇环圆心的燕尾槽。第一扇环的两端通过第一、第二突起块与第二扇环的两端相连，第一、第二扇环的内圆轮廓在同一个圆柱曲面上且两者之间留有一定距离，第一、第二扇环的侧面燕尾槽开口均朝外。

第一、第二连接架两端的梯形导轨与第一、第二接触架侧面的燕尾槽相互配合，构成了固定架组件。

预压力施加装置包括螺栓、压簧、滚子轴和第一至第二滚子，滚子轴侧面开通孔。第一、第二滚子套在滚子轴上，螺栓穿过压簧和滚子轴的侧面通孔。

中空式压电换能器的第一、第二转轴分别与固定架组件的第一、二连接架的通孔相互配合。预压力施加装置的螺栓穿过第一接触架的第一、第二扇环的空隙，与中空式压电换能器第一作动头的螺纹盲孔相互配合。