一種音圈-壓電混合式大位移作動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及作動器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種音圈-壓電混合式大位移作動器。
【背景技術(shù)】
[0002]由物理學(xué)可知，通電導(dǎo)線在磁場中會受到安培力的作用，音圈作動器應(yīng)用這一現(xiàn)象將電能直接轉(zhuǎn)化為機械能輸出位移和力。音圈作動器具有體積小，總量輕，加速度高，響應(yīng)快和力均勻等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于振動控制，儀器定位等領(lǐng)域。
[0003]壓電材料晶體上施加交變電場能夠引起晶體的機械變形，壓電作動器具有分辨率高、輸出力大、響應(yīng)快、功耗小、結(jié)構(gòu)輕等優(yōu)點。因此，基于壓電堆的各類作動器已被廣泛地應(yīng)用于機械、船舶、航空航天等領(lǐng)域，成為了目前應(yīng)用最廣泛的智能驅(qū)動器件之一。
[0004]但是，由于音圈電機長時間工作易發(fā)熱，位置鎖止結(jié)構(gòu)復(fù)雜；壓電堆輸出微位移，一般通過杠桿結(jié)構(gòu)或設(shè)置多個作動器級聯(lián)輸出。而要求大位移輸出，同時具有掉電鎖止，散熱，輕巧等功能時，傳統(tǒng)音圈或壓電作動器等難以滿足上述所有條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種音圈-壓電混合式大位移作動器，具有輸出位移大、掉電鎖止，易于散熱，結(jié)構(gòu)輕巧等特點，實現(xiàn)大行程作動和位置鎖止的功能。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種音圈-壓電混合式大位移作動器，包括帶有外部散熱片的導(dǎo)磁體4，導(dǎo)磁體4通過螺釘10固定于鎖止端6，鎖止端6另一端外固定有蓋板7 ;導(dǎo)磁體4和中空鐵芯2底部貫通連接，導(dǎo)磁體4和中空鐵芯2之間鑲嵌環(huán)形永磁鐵3 ;線圈5位于導(dǎo)磁體4和環(huán)形永磁鐵3之間的均勻氣隙磁場中，拉桿1粗端套于中空鐵芯2內(nèi)部且粗端端部與線圈5 —端連接，細纟而伸入鎖止纟而6內(nèi)；壓電放大機構(gòu)9套在拉桿1細?而，限位塊8與拉桿1末?而連接；所述壓電放大機構(gòu)9由壓電堆11和設(shè)置在壓電堆11外部的三級位移放大機構(gòu)12組成，所述三級位移放大機構(gòu)12包括第一菱形環(huán)13，布置在第一菱形環(huán)13外并與第一菱形環(huán)13垂直的第二菱形環(huán)14，所述第二菱形環(huán)14的長軸與第一菱形環(huán)13的短軸同軸，布置在第二菱形環(huán)14外并與第二菱形環(huán)14垂直的第三菱形環(huán)15，所述第三菱形環(huán)15的長軸與第二菱形環(huán)14的短軸同軸；所述壓電堆11放置于第一菱形環(huán)13長軸間，未通電時，所述第三菱形環(huán)15短軸兩端微型齒槽與鎖止端6內(nèi)壁齒槽嚙合鎖止。
[0008]所述三級位移放大機構(gòu)12每級位移放大η倍，三級放大η3倍。
[0009]所述拉桿1為中空拉桿。
[0010]所述音圈-壓電混合式大位移作動器的作動方式，首先，對壓電放大機構(gòu)9中的壓電堆11通電，壓電堆11接收驅(qū)動電壓后伸長，通過三級位移放大機構(gòu)12放大位移，第三菱形環(huán)15的短軸收縮，解除鎖止；再對線圈5施加電流，產(chǎn)生安培力輸出大位移和拉力拉動拉桿1 ;若保持輸出位移，則對壓電堆11斷電，壓電堆11恢復(fù)原長，第三菱形環(huán)15的短軸恢復(fù)原長鎖止于鎖止端6。
[0011]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
[0012]1)相比于壓電型作動器，音圈-壓電混合式作動器可以輸出大位移。
[0013]2)相比于傳統(tǒng)音圈作動器，音圈-壓電混合式作動器在輸出大位移范圍內(nèi)，通過壓電材料實現(xiàn)任意位置鎖止。
[0014]3)作動器的壓電堆11未通電時，拉桿1通過壓電放大機構(gòu)9鎖止于鎖止端，即有掉電鎖止的特點。
[0015]4)由于壓電材料輸出位移很小，且輸出分辨率高，通過壓電放大機構(gòu)9能夠?qū)崿F(xiàn)立方倍的放大輸出。
[0016]5)由于該作動器導(dǎo)磁體4外有散熱片，與現(xiàn)有音圈作動器相比，該作動器具有良好的散熱特性。
[0017]6)作動器的鐵芯采用中空鐵芯2，拉桿1也為空心拉桿，可以有效減輕結(jié)構(gòu)的重量。
[0018]總之，本發(fā)明能夠避免傳統(tǒng)作動器位移小、無鎖止或帶電鎖止，易發(fā)熱，重量大等缺點，具有輸出位移大、任意位置鎖止、可散熱，質(zhì)量輕等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0020]圖2為本發(fā)明壓電放大機構(gòu)爆炸視圖。
[0021]圖3為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0023]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明一種音圈-壓電混合式大位移作動器，包括帶有外部散熱片的導(dǎo)磁體4，導(dǎo)磁體4通過螺釘10固定于鎖止端6，鎖止端6另一端外固定有蓋板
7;導(dǎo)磁體4和中空鐵芯2底部貫通連接，導(dǎo)磁體4和中空鐵芯2之間鑲嵌環(huán)形永磁鐵3 ;線圈5位于導(dǎo)磁體4和環(huán)形永磁鐵3之間的均勻氣隙磁場中，拉桿1粗端套于中空鐵芯2內(nèi)部且粗端端部與線圈5 —端連接，細端伸入鎖止端6內(nèi)；壓電放大機構(gòu)9套在拉桿1細端，限位塊8與拉桿1末端連接；所述壓電放大機構(gòu)9由壓電堆11和設(shè)置在壓電堆11外部的三級位移放大機構(gòu)12組成，所述三級位移放大機構(gòu)12包括第一菱形環(huán)13，布置在第一菱形環(huán)13外并與第一菱形環(huán)13垂直的第二菱形環(huán)14，所述第二菱形環(huán)14的長軸與第一菱形環(huán)13的短軸同軸，布置在第二菱形環(huán)14外并與第二菱形環(huán)14垂直的第三菱形環(huán)15，所述第三菱形環(huán)15的長軸與第二菱形環(huán)14的短軸同軸；所述壓電堆11放置于第一菱形環(huán)13長軸間，未通電時，所述第三菱形環(huán)15短軸兩端微型齒槽與鎖止端6內(nèi)壁齒槽嚙合鎖止。
[0024]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在有尺寸要求和重量限制時，壓電堆11選擇變形量大的壓電材料；壓電三級位移放大機構(gòu)12、拉桿1、鎖止端6都采用剛度大的輕質(zhì)材料。并通過力學(xué)，熱學(xué)和電磁學(xué)分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減小尺寸。
[0025]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，拉桿1為中空拉桿，有效減輕結(jié)構(gòu)的重量。
[0026]本發(fā)明音圈-壓電混合式大位移作動器的作動方式，開始時刻，壓電堆11和線圈5均未通電，則壓電放大結(jié)構(gòu)9鎖止于鎖止端6，線圈5與拉桿1處于初始位置。若要作動，首先，對壓電放大機構(gòu)9中的壓電堆11通電，壓電堆11接收驅(qū)動電壓后伸長，第一菱形環(huán)13長軸伸長，短軸縮短，第二菱形環(huán)14長軸縮短，短軸伸長，第三菱形環(huán)15的長軸伸長，短軸縮短，則兩端微型齒槽與鎖止端6內(nèi)壁齒槽解除嚙合；然后，再對線圈5施加一定量、一定方向的電流，線圈5在導(dǎo)磁體4和環(huán)形永磁鐵3之間的均勻氣隙磁場中產(chǎn)生安培力，進而拉動線圈5和拉桿1 一起輸出大位移和拉力；若要保持輸出大位移在某個位置，則在線圈5通電的情況下，對壓電堆11斷電，壓電堆11恢復(fù)原長，通過三級位移放大機構(gòu)12放大位移，第三菱形環(huán)15的短軸恢復(fù)原長(變長)鎖止于鎖止端6，實現(xiàn)位置鎖止的大位移和力輸出；當作動器長時間工作時，導(dǎo)磁體4外部的散熱片能起到良好的散熱作用。
【主權(quán)項】
1.一種音圈-壓電混合式大位移作動器，其特征在于:包括帶有外部散熱片的導(dǎo)磁體(4)，導(dǎo)磁體(4)通過螺釘(10)固定于鎖止端(6)，鎖止端(6)另一端外固定有蓋板(7);導(dǎo)磁體⑷和中空鐵芯⑵底部貫通連接，導(dǎo)磁體⑷和中空鐵芯⑵之間鑲嵌環(huán)形永磁鐵(3);線圈(5)位于導(dǎo)磁體⑷和環(huán)形永磁鐵(3)之間的均勻氣隙磁場中，拉桿⑴粗端套于中空鐵芯⑵內(nèi)部且粗端端部與線圈(5) —端連接，細端伸入鎖止端(6)內(nèi)；壓電放大機構(gòu)(9)套在拉桿(1)細端，限位塊(8)與拉桿(1)末端連接；所述壓電放大機構(gòu)(9)由壓電堆(11)和設(shè)置在壓電堆(11)外部的三級位移放大機構(gòu)(12)組成，所述三級位移放大機構(gòu)(12)包括第一菱形環(huán)(13)，布置在第一菱形環(huán)(13)外并與第一菱形環(huán)(13)垂直的第二菱形環(huán)(14)，所述第二菱形環(huán)(14)的長軸與第一菱形環(huán)(13)的短軸同軸，布置在第二菱形環(huán)(14)外并與第二菱形環(huán)(14)垂直的第三菱形環(huán)(15)，所述第三菱形環(huán)(15)的長軸與第二菱形環(huán)(14)的短軸同軸；所述壓電堆(11)放置于第一菱形環(huán)(13)長軸間，未通電時，所述第三菱形環(huán)(15)短軸兩端微型齒槽與鎖止端￠)內(nèi)壁齒槽嚙合鎖止。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述音圈-壓電混合式大位移作動器，其特征在于:所述三級位移放大機構(gòu)(12)每級位移放大η倍，三級放大η3倍。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述音圈-壓電混合式大位移作動器，其特征在于:所述拉桿(1)為中空拉桿。4.權(quán)利要求1所述音圈-壓電混合式大位移作動器的作動方式，其特征在于:首先，對壓電放大機構(gòu)(9)中的壓電堆(11)通電，壓電堆(11)接收驅(qū)動電壓后伸長，通過三級位移放大機構(gòu)(12)放大位移，第三菱形環(huán)(15)的短軸收縮，解除鎖止；再對線圈(5)施加電流，產(chǎn)生安培力輸出大位移和拉力拉動拉桿(1);若保持輸出位移，則對壓電堆(11)斷電，壓電堆(11)恢復(fù)原長，第三菱形環(huán)(15)的短軸恢復(fù)原長鎖止于鎖止端(6)。
【專利摘要】一種音圈-壓電混合式大位移作動器，該作動器由導(dǎo)磁體，環(huán)形永磁鐵，中空鐵芯，拉桿，線圈，鎖止端，蓋板，壓電放大機構(gòu)，限位塊，螺釘組成；實現(xiàn)大位移作動的過程如下：導(dǎo)磁體和鑲嵌于其內(nèi)的環(huán)形永磁鐵間產(chǎn)生均勻氣隙磁場，線圈位于磁場中，一端與拉桿連接，拉桿套在中空鐵芯內(nèi)部，中空鐵芯緊貼環(huán)形永磁鐵，與導(dǎo)磁體底部貫通連接；導(dǎo)磁體固定于鎖止端；壓電放大機構(gòu)由壓電堆和三級位移放大機構(gòu)組成，套在拉桿細端，三級位移放大機構(gòu)的第三菱形環(huán)短軸齒槽與鎖止端內(nèi)壁齒槽嚙合鎖止；對壓電堆通電，第三菱形環(huán)短軸縮短解除鎖止；再對線圈施加定量、定方向的電流，產(chǎn)生安培力拉動拉桿；若對壓電堆斷電，則再次鎖止，實現(xiàn)位置鎖止的大位移和力輸出。
【IPC分類】H02K33/18, H02N2/02
【公開號】CN105337529
【申請?zhí)枴緾N201510821226
【發(fā)明人】馬國亮, 徐明龍, 張舒文, 田征, 劉開園, 闞選恩
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月23日