阅读说明：本技术 一种压电叠堆位移驱动结构 (Piezoelectric stack displacement driving structure ) 是由 徐子政 耿晓勇 林少渊 于 2019-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于压电叠堆装置技术领域,公开了一种压电叠堆位移驱动结构,包括压电堆叠部、顶杆固定座、放大臂以及撞针。其中压电堆叠部是由多个压电陶瓷片堆叠而成的棒状结构,压电堆叠部的两端分别连接前顶块和后顶块,后顶块与固定块连接；顶杆固定座设于前顶块的下方,顶杆固定座上铰接有顶杆；放大臂的根部与顶杆连接,放大臂的中部向上凸起并与前顶块接触；撞针的针帽能够与放大臂的末端接触。该压电叠堆位移驱动结构通过杠杆原理可以将压电堆叠部的微小位移通过放大臂放大实现撞针的长行程位移,提高包括该压电叠堆位移驱动结构的产品的精度和效率,获得更好的控制效果。(The invention belongs to the technical field of piezoelectric stack devices, and discloses a piezoelectric stack displacement driving structure which comprises a piezoelectric stack part, a push rod fixing seat, an amplifying arm and a firing pin. The piezoelectric stacking part is of a rod-shaped structure formed by stacking a plurality of piezoelectric ceramic plates, two ends of the piezoelectric stacking part are respectively connected with a front top block and a rear top block, and the rear top block is connected with a fixed block; the ejector rod fixing seat is arranged below the front ejector block, and an ejector rod is hinged to the ejector rod fixing seat; the root of the amplifying arm is connected with the ejector rod, and the middle part of the amplifying arm protrudes upwards and is contacted with the front ejector block; the needle cap of the striker is capable of contacting the distal end of the amplifying arm. The piezoelectric stack displacement driving structure can amplify the micro displacement of the piezoelectric stack part through the amplifying arm to realize the long-stroke displacement of the firing pin through the lever principle, improve the precision and the efficiency of a product comprising the piezoelectric stack displacement driving structure, and obtain a better control effect.)

一种压电叠堆位移驱动结构

技术领域

本发明涉及压电叠堆装置技术领域，尤其涉及一种压电叠堆位移驱动结构。

背景技术

压电驱动器是一种利用压电陶瓷材料的逆压电效应将输入电能转换为输出机械能的新型微驱动器，由于该类驱动器具有结构简单、易于微型化、无电磁干扰且不受电磁干扰、响应速度快等优势近年来受到国内外研究学者的广泛关注，已被成功应用于超精密加工、机器人关节、航空航天、数码电子产品以及生物医疗器械等领域。

在各类压电驱动器中，以多层式压电堆叠驱动器的应用最为广泛。其中，压电堆叠是指若干片压电陶瓷片物理串联、电学并联或者电学串联。压电堆叠的优点是效率比单片的高。一次受压，叠堆里的所有压电片都会起电。多层式压电堆叠驱动器主要是由多层压电陶瓷片和电极片叠加形成，电极片被交替的连接到驱动器两端的外电极上，这样多层压电陶瓷片组成了多个微位移输出单元，当施加电信号激励时，该多层式压电堆叠驱动器的输出位移为各层压电陶瓷片的输出微位移之和，广泛应用于超精加工、微位移平台以及机器人技术等领域。但多层式压电堆叠驱动器的位移量仍然很小，在实际使用中往往还需要将压电堆叠结构的位移量进行放大，以获得更好的控制效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可以将压电堆叠结构的位移量进行放大的压电叠堆位移驱动结构。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种压电叠堆位移驱动结构，包括：

压电堆叠部，由多个压电陶瓷片堆叠而成的棒状结构，所述压电堆叠部的两端分别设置前顶块和后顶块，所述后顶块与固定块连接；

顶杆固定座，设于所述前顶块的下方，所述顶杆固定座上铰接有顶杆；

放大臂，所述放大臂的根部与所述顶杆连接，所述放大臂的中部向上凸起并与所述前顶块接触；

撞针，所述撞针的针帽能够与所述放大臂的末端接触。

作为优选，所述弹性复位结构设置于所述撞针上，能够对所述撞针进行复位。

作为优选，所述弹性复位结构包括：

弹簧固定座，设于所述弹性复位结构的下部，所述弹簧固定座中部设有针眼，所述撞针的针头向下穿过所述针眼并与所述弹簧固定座活动连接；

第一弹簧，套在所述撞针上并设于所述弹簧固定座和所述针帽之间。

作为优选，所述第一弹簧内部还设有与所述第一弹簧并联且套在所述撞针上的第二弹簧。

作为优选，所述弹性复位结构设置于所述放大臂与所述顶杆的连接处，能够对所述放大臂进行复位。

作为优选，所述弹性复位结构包括扭簧，所述扭簧的一端固定在所述顶杆固定座上，所述扭簧的另一端与所述放大臂接触。

作为优选，所述撞针的所述针帽固定在所述放大臂的末端。

作为优选，所述放大臂的末端与所述放大臂的旋转中心的连线与所述压电堆叠部的输出位移的方向之间的夹角为85°-95°。

作为优选，所述放大臂的末端与所述放大臂的旋转中心的连线与所述压电堆叠部的输出位移的方向垂直。

本发明的有益效果：该压电叠堆位移驱动结构通过杠杆原理可以将压电堆叠部的微小位移通过放大臂放大实现撞针的长行程位移，提高包括该压电叠堆位移驱动结构的产品的精度和效率，获得更好的控制效果。

附图说明

图1是本发明实施例压电叠堆位移驱动结构的结构示意图。

图中：

1、固定块；2、后顶块；3、压电堆叠部；4、前顶块；5、顶杆；6、顶杆固定座；7、放大臂；8、第一弹簧；9、第二弹簧；10、弹簧固定座；11、撞针。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分。

如图1所示，本发明提供一种压电叠堆位移驱动结构，包括压电堆叠部3、顶杆固定座6、放大臂7以及撞针11。其中，压电堆叠部3是由多个压电陶瓷片堆叠而成的棒状结构，压电堆叠部3的两端分别连接前顶块4和后顶块2，后顶块2与固定块1连接；顶杆固定座6设于前顶块4的下方，顶杆固定座6上铰接有顶杆5；放大臂7的根部与顶杆5连接，放大臂7的中部向上凸起并与前顶块4接触；撞针11的针帽能够与放大臂7的末端接触。

该压电叠堆位移驱动结构通过杠杆原理可以将压电堆叠部3的微小位移通过放大臂7放大实现撞针11的长行程位移，提高包括该压电叠堆位移驱动结构的产品的精度和效率，获得更好的控制效果。

下面结合附图对本实施例的实施方式进行说明。

如图1所示，压电堆叠部3为沿竖直方向布置的棒状结构，由多个压电陶瓷片堆叠而成。压电堆叠部3的上端与固定块1固定，当施加电信号激励压电堆叠部3时，压电堆叠部3能够沿长度方向发生变形，从而在压电堆叠部3的下端产生输出位移。为了对压电堆叠部3进行保护，避免压电堆叠部3直接与其他结构件接触而受到磨损，同时方便对压电堆叠部3进行布置，在压电堆叠部3的上端与固定块1之间设置了后顶块2，在压电堆叠部3的下端与放大臂7之间设置了前顶块4。为了避免前顶块4、后顶块2以及固定块1受压变形对该压电叠堆位移驱动结构的精度造成较大影响，前顶块4、后顶块2以及固定块1均采用抗压强度较高的材料制造。

本实施例中，顶杆固定座6作为顶杆5的支撑结构并与外部结构固定，顶杆5与放大臂7连接并与顶杆固定座6铰接。顶杆5、放大臂7以及前顶块4形成杠杆结构，其中前顶块4与放大臂7的接触点形成该杠杆结构的支点，当支点发生位移S1时，会在放大臂7的末端发生更大的位移S2，从而实现将压电堆叠部3的微小位移通过放大臂7放大形成长行程位移。为了便于对该长行程位移进行测量或利用，在放大臂7的末端连接有竖直设置的撞针11。

由于放大臂7在压电堆叠部3产生输出位移时受迫绕顶杆5与顶杆固定座6的铰接轴转动，为了避免撞针11以及前顶块4与放大臂7的接触点产生的水平方向的位移对压电叠堆位移驱动结构的精度造成较大影响。放大臂7的末端与放大臂7的旋转中心的连线与压电堆叠部3的输出位移的方向之间的夹角为85°-95°，即图1中α的角度在±5°之间。特别地，当放大臂7的末端与放大臂7的旋转中心的连线与压电堆叠部3的输出位移的方向垂直时，能够获得最高的测量精度。

为了使撞针11受迫产生位移后能够复位，撞针11上还设有弹性复位结构。该弹性复位结构包括弹簧固定座10和第一弹簧8。其中，弹簧固定座10设于弹性复位结构的下部，弹簧固定座10中部设有针眼，撞针11的针头向下穿过针眼并能够在弹簧固定座10中自由伸缩。第一弹簧8套在撞针11上并设于弹簧固定座10和针帽之间，当电信号激励消失时，在第一弹簧8的弹力作用下，撞针11和放大臂7能够复位。

为了提高弹性复位结构的性能，第一弹簧8内部还设有与第一弹簧8并联且套在撞针11上的第二弹簧9，第一弹簧8和第二弹簧9构成并联双弹簧形式，相较于采用单一弹簧，该并联双弹簧形式具有更高的弹性系数和固有频率，还具有承载能力大、轴向结构紧凑的优点，有利于提高压电叠堆位移驱动结构的整体性能。

在其他实施例中，弹性复位结构还可以设置于放大臂7与顶杆5的连接处，以能够对放大臂7进行复位，进而对撞针11进行复位。此时，可以采用扭簧作为弹性复位结构的主要弹性结构件。具体地，扭簧的一端固定在顶杆固定座6上，扭簧的另一端与放大臂7接触，并且将撞针11的针帽固定在放大臂7的末端。当压电堆叠部3施加电信号激励产生微小位移时，放大臂7受迫围绕顶杆5逆时针转动，扭簧受压发生形变。之后压电堆叠部3放电收缩向上位移，扭簧恢复稳态，使放大臂7顺时针转动，进而带动顶针向上运动回复到初始状态。

综上所述，该压电叠堆位移驱动结构具有以下优点：

1、该压电叠堆位移驱动结构通过杠杆原理可以将压电堆叠部3的微小位移通过放大臂7放大实现撞针11的长行程位移。

2、该压电叠堆位移驱动结构采用并联双弹簧形式作为弹性复位结构，结构紧凑、承载能力大，有利于提高压电叠堆位移驱动结构的整体性能。

3、放大臂7的末端与放大臂7的旋转中心的连线与压电堆叠部3的输出位移的方向之间的夹角为85°-95°，测量精度高。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。