本發(fā)明涉及驅(qū)動裝置技術(shù)鄰域，具體而言，涉及一種撥動機構(gòu)及應用該撥動機構(gòu)的撥動型壓電執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

壓電執(zhí)行器是一種將壓電陶瓷逆壓電效應激發(fā)的微觀振動作為驅(qū)動力，通過多種振動模式的轉(zhuǎn)換與耦合，使電能轉(zhuǎn)變成機械能的驅(qū)動裝置。

現(xiàn)有的撥動型壓電執(zhí)行器，是將每兩塊壓電陶瓷組成的“腿”，稱為Leg，英文叫做bimorph，雙壓電晶片。兩塊材料粘接形成一個Leg，然后又要粘貼上下基板上。在特定的電信號激勵下，一組Leg收縮，與此同時，另一種Leg伸長，同時因為在端部的陶瓷往一邊發(fā)生切向形變，從而推動中間的橫條往一邊移動。由于該種方式裝配復雜，在粘接處將受力較多，輸出的力矩受到一定的限制，實際應用較少。另一種是瑞典一家公司的產(chǎn)品，但是其制作較為復雜，制作的成本較高，整個器件的壽命不長。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種撥動機構(gòu)，其能夠增大輸出力矩，顯著提高器件壽命，降低制作成本。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應用該撥動機構(gòu)的撥動型壓電執(zhí)行器，其能夠增大輸出力矩，器件壽命顯著提高。

本發(fā)明的實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種撥動機構(gòu)，包括基底和至少一根撥動腿，每根撥動腿設(shè)置于基底，每根撥動腿的相對的兩側(cè)壁均設(shè)置有卡槽，每個卡槽內(nèi)嵌設(shè)有壓電陶瓷塊，壓電陶瓷塊的極化方向沿撥動腿的撥動方向設(shè)置。

一種撥動型壓電執(zhí)行器，包括預緊蓋板、外殼、至少一個滾輪以及上述的撥動機構(gòu)，外殼包括橫板、第一豎板及第二豎板，第一豎板和第二豎板相對間隔設(shè)置于橫板，第一豎板和第二豎板之間形成夾槽，撥動機構(gòu)設(shè)置于夾槽內(nèi)，基底與橫板連接，預緊蓋板設(shè)置于撥動腿的遠離基底的一端，至少一個滾輪的兩端分別設(shè)置于第一豎板和第二豎板，至少一個滾輪抵住預緊蓋板的遠離撥動腿的一側(cè)。

本發(fā)明實施例的有益效果是：撥動機構(gòu)將壓電陶瓷設(shè)置于卡槽內(nèi),利用壓電陶瓷的逆壓電效應及壓電陶瓷工作在諧振頻率上，增大輸出力矩，同時壓電陶瓷與撥動機構(gòu)作為一個整體,壓電陶瓷在整個工作過程中基本上只受壓應力而不受拉應力的影響，從而顯著提高器件壽命，降低了制作成本。應用該撥動機構(gòu)的大力矩撥動執(zhí)行器，顯著增加了其輸出力矩，制作簡單，整個執(zhí)行器的壽命顯著提高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明第一實施例提供的撥動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第二實施例提供的撥動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第三實施例提供的撥動機構(gòu)的電氣連接示意圖；

圖4為本發(fā)明第四實施例提供的撥動機構(gòu)的俯視圖；

圖5為本發(fā)明第五實施例提供的撥動機構(gòu)的電氣連接示意圖；

圖6為本發(fā)明第六實施例提供的撥動型壓電執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標：100-撥動機構(gòu)；120-凸起；200-基底；300-撥動腿；301-第一側(cè)壁；302-第二側(cè)壁；310-第一撥動腿；320-第二撥動腿；330-第三撥動腿；340-第四撥動腿；410-第一卡槽；420-第二卡槽；430-第三卡槽；440-第四卡槽；450-第五卡槽；460-第六卡槽；470-第七卡槽；480-第八卡槽；510-第一壓電陶瓷塊；520-第二壓電陶瓷塊；530-第三壓電陶瓷塊；540-第四壓電陶瓷塊；550-第五壓電陶瓷塊；560-第六壓電陶瓷塊；570-第七壓電陶瓷塊；580-第八壓電陶瓷塊；610-第一信號；620-第二信號；630-第三信號；640-第四信號；700-撥動型壓電執(zhí)行器；710-預緊蓋板；711-第三豎板；712-第四豎板；713-橫蓋板；720-外殼；721-第一豎板；722-第二豎板；723-橫板；730-滾輪；740-第一壓緊塊；750-第二壓緊塊；760-夾槽。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“豎直”、“水平”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術(shù)語“水平”、“豎直”等術(shù)語并不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對“豎直”而言更加水平，并不是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

第一實施例

請參照圖1，本實施例提供一種撥動機構(gòu)100，包括基底200和撥動腿300，撥動腿300的下端連接于基底200的上端，位于基底200的中間與基底200一體成型，目的是為了節(jié)省工序，同時避免帶來器件失效的風險。也可以將撥動腿300直接焊接在基底200上。撥動腿300和基底200的橫截面為矩形，但不僅限于此，撥動腿300和基底200的橫截面還可以為圓形、正方形、菱形等。

繼續(xù)參照圖1，在撥動腿300的第一側(cè)壁301及相對應的側(cè)壁分別設(shè)置有第一卡槽410和第二卡槽420，第一卡槽410和第二卡槽420處于同一水平面上并分別貫穿了第二側(cè)壁302及與第二側(cè)壁302相對的側(cè)壁，第一卡槽410和第二卡槽420之間的間距大致為撥動腿300的寬度的1/2。在第一卡槽410和第二卡槽420內(nèi)分別鑲切有第一壓電陶瓷塊510和第二壓電陶瓷塊520。第一壓電陶瓷塊510和第二壓電陶瓷塊520的極化方向沿撥動腿300的撥動方向設(shè)置，本實施例中第一壓電陶瓷塊510和第二壓電陶瓷塊520的極化方向沿著撥動腿300遠離基底200的方向設(shè)置，但不限于此，也可以沿著撥動腿300朝向基底200的方向設(shè)置。第一壓電陶瓷塊510和第二壓電陶瓷塊520選擇疊堆式壓電陶瓷塊，其是基于d33方向極化的。其中d33壓電系數(shù)比d31方向的壓電系數(shù)要大2～3倍，在相同外界條件下，本發(fā)明所需的驅(qū)動電壓只是使用d31方向的壓電陶瓷塊的驅(qū)動電壓的1/2，同時基于d33方向工作的壓電陶瓷疊堆制備容易，其沿疊堆的垂直方向伸縮，動作效果明顯。

需要說明的是，本實施例中第一卡槽410和第二卡槽420處于同一水平面上，但不限于此，第一卡槽410和第二卡槽420可以在不是同一水平面上設(shè)置。同時本實施例中第一卡槽410和第二卡槽420的大小尺寸大致相同，需要說明的是，第一卡槽410和第二卡槽420的大小也可以不同。

其中第一壓電陶瓷塊510鑲嵌入第一卡槽410的方式為預緊型，例如，將撥動腿300的第一卡槽410用外力微微掰開，同時為第一壓電陶瓷塊510通電使其收縮(電場方向與陶瓷極化方向相反使其收縮)，然后把第一壓電陶瓷塊510塞入第一卡槽410中。第一壓電陶瓷塊510被裝配進入后，在沒有通電的狀態(tài)下，撥動腿300對其具有壓緊的作用。本實施例采用預緊型，這樣壓電陶瓷在非工作態(tài)和工作態(tài)時主要受壓應力，可以增加陶瓷壽命，從而提高撥動機構(gòu)100的壽命。第二壓電陶瓷塊520采用同樣的方式嵌入第二卡槽420。

需要說明的是，本實施例中卡槽設(shè)置了兩個，但不僅限于此，卡槽可以設(shè)置為大于兩個的偶數(shù)個，其中偶數(shù)個卡槽沿撥動腿300的軸線對稱分布。本實施例中撥動腿300為1根，但不僅限于此，撥動腿300可以為多根。

撥動腿300和基底200的材料為與陶瓷熱膨脹系數(shù)相當?shù)拇煞夂辖穑粌H限于此，還可以為鈦合金、鈹青銅或磷青銅。

需要說明的是，在撥動腿300遠離基底200的一側(cè)還可以設(shè)置摩擦材料層，目的是為了增加撥動機構(gòu)100的驅(qū)動效率，提高使用壽命。摩擦材料層的材料是由聚四氟乙烯、耐高溫樹脂和聚苯酯制成，但不僅限于此，也可以是以超高分子量聚乙烯為基體的摩擦材料或纖維增強基體樹脂的各向異性材料。

第二實施例

參照圖2，圖2示出本發(fā)明第二實施例提供的撥動機構(gòu)100，與第一實施例不同的是：該第二實施例中，撥動腿300遠離基底200的端面設(shè)置有凸起120，目的是為了提高輸出的力矩及做功的效率。本實施例中，凸起120為一條形的棱狀結(jié)構(gòu)，其沿撥動腿300的遠離基底200的端面設(shè)置并且凸起120沿該端面的中心線設(shè)置。凸起120與撥動腿300一體成型，目的是減少一道工序，降低制作成本。凸起120也可以直接焊接在撥動腿300上。需要說明的是，本實施例中凸起120的縱向截面為矩形，但是不僅限于此，凸起120的縱向截面為矩形還可以為正方形、菱形、半圓形、弧形等。本實施例中凸起120的材料為瓷封合金，但不僅限于此，還可以為鈦合金、鈹青銅或磷青銅。

需要說明的是，本實施例的凸起120遠離撥動腿300的端面還可以設(shè)置摩擦材料層。還可以在凸起120遠離撥動腿300的端面及撥動腿300遠離基底200的端面同時設(shè)置摩擦材料層。也可以將凸起120整個用摩擦材料制成。

第三實施例

參照圖3，圖3示出本發(fā)明第三實施例提供的撥動機構(gòu)100，與第二實施例不同的是：本實施例中，該撥動機構(gòu)100包括共線設(shè)置的第一撥動腿310、第二撥動腿320、第三撥動腿330和第四撥動腿340，其中，共線設(shè)置是指第一撥動腿310、第二撥動腿320、第三撥動腿330和第四撥動腿340的中心線(即撥動腿的重心到基底200的垂線)位于同一平面，即第一撥動腿310、第二撥動腿320、第三撥動腿330和第四撥動腿340的中心線與基底200的交點位于同一直線。每根撥動腿之間的距離大致相同，每根撥動腿的高度大致相同。第一撥動腿310包括設(shè)置于其相對兩側(cè)壁的第一卡槽410和第二卡槽420，第二撥動腿320包括設(shè)置于其相對兩側(cè)壁的第三卡槽430和第四卡槽440，第三撥動腿330包括設(shè)置于其相對兩側(cè)壁的第五卡槽450和第六卡槽460，第四撥動腿340包括設(shè)置于其相對兩側(cè)壁的第七卡槽470和第八卡槽480，其中，第一卡槽410和第二卡槽420之間的間距為第一撥動腿310的寬度的1/4，同理第三卡槽430和第四卡槽440、第五卡槽450和第六卡槽460、第七卡槽470和第八卡槽480之間的間距也與第一卡槽410和第二卡槽420之間的間距一樣。其中本實施例中第一壓電陶瓷塊510和第二壓電陶瓷塊520的極化方向沿第一撥動腿310遠離基底200的方向設(shè)置，但不限于此，也可以沿第一撥動腿310朝向基底200的方向設(shè)置。第三壓電陶瓷塊530、第四壓電陶瓷塊540、第五壓電陶瓷塊550、第六壓電陶瓷塊560、第七壓電陶瓷塊570和第八壓電陶瓷塊580的極化方向與第一壓電陶瓷塊510和第二壓電陶瓷塊520的極化方向相同。

繼續(xù)參照圖3，電氣連接方式如圖3所示，在第一壓電陶瓷塊510和第五壓電陶瓷塊550施加第一信號610，為的電信號，第二壓電陶瓷塊520和第六壓電陶瓷塊560施加第二信號620，為的電信號，在第三壓電陶瓷塊530和第七壓電陶瓷塊570施加第三信號630，為的電信號，第四壓電陶瓷塊540和第八壓電陶瓷塊580施加第四信號640，為的電信號。目的是為了在上述有效的電信號的激勵下，第一撥動腿310與第三撥動腿330同時伸長或收縮，第二撥動腿320與第四撥動腿340同時伸長或收縮，這樣在同一時刻總有一組腿處于伸長，另一組腿處于收縮的狀態(tài)，金屬腿的頂端，一直在做橢圓運動。同時撥動腿還可以產(chǎn)生兩個方向的諧振，增大其輸出力矩。

其中，A_m代表電壓幅值，at為時變量，是一個控制上的調(diào)節(jié)量。當需要整個機構(gòu)全速運行時，則當需要調(diào)節(jié)撥動的速度時，則需調(diào)節(jié)的大小。

需要說明的是，施加的第一信號610還可以與第二信號620交換，第三信號630與第四信號640交換，這樣可以改變撥動機構(gòu)100的撥動方向。

需要說明的是本實施例中撥動腿為4根，但不僅限于此，撥動腿可以為2根以及2根以上，優(yōu)選為大于2的偶數(shù)根。

第四實施例

參照圖4，圖4示出本發(fā)明第四實施例提供的撥動機構(gòu)100，與第三實施例不同的是：該撥動機構(gòu)100的第一撥動腿310、第二撥動腿320、第三撥動腿330和第四撥動腿340是共圓周設(shè)置的，其中，共圓周設(shè)置是指：第一撥動腿310、第二撥動腿320、第三撥動腿330和第四撥動腿340的中心線位于同一圓環(huán)面，即第一撥動腿310、第二撥動腿320、第三撥動腿330和第四撥動腿340的中心線與基底200的交點位于同一直線。本實施例提供的撥動機構(gòu)100適于與圓形的固定蓋板組成大力矩的壓電執(zhí)行器。

需要說明的是本實施例中撥動腿為4根，但不僅限于此，撥動腿還可以大于4根，優(yōu)選為大于4的偶數(shù)根。

第五實施例

參照圖5，圖5示出本發(fā)明第五實施例提供的撥動機構(gòu)100，與第三實施例不同的是：本實施例中，第一壓電陶瓷塊510的極化方向沿著第一撥動腿310遠離基底200的方向設(shè)置，但不限于此，也可以沿著第一撥動腿310靠近基底200的方向設(shè)置，第三壓電陶瓷塊530、第五壓電陶瓷塊550和第七壓電陶瓷塊570與第一壓電陶瓷塊510的極化方向相同。同時第二壓電陶瓷塊520、第四壓電陶瓷塊540、第六壓電陶瓷塊560和第八壓電陶瓷塊580的極化方向同向并與第一壓電陶瓷塊510的極化方向相反。在第一壓電陶瓷塊510、第三壓電陶瓷塊530、第五壓電陶瓷塊550和第七壓電陶瓷塊570上施加第一信號610，為的電信號，在第二壓電陶瓷塊520、第四壓電陶瓷塊540、第六壓電陶瓷塊560和第八壓電陶瓷塊580施加與第一信號610對應的第二信號620，為的電信號。這樣電路相比第三實施例減少到兩路，得到了有效的精簡，減少了一半的陶瓷驅(qū)動電路。

第六實施例

參照圖6，本實施例提供一種撥動型壓電執(zhí)行器700，包括預緊蓋板710、外殼720、滾輪730、第一壓緊塊740、第二壓緊塊750及撥動機構(gòu)100。

外殼720包括第一豎板721、第二豎板722和橫板723，第一豎板721和第二豎板722相對設(shè)置，其中第一豎板721和第二豎板722的下端分別連接于橫板723，并與橫板723呈垂直設(shè)置，同時形成夾槽760。夾槽760的橫截面為U型。

結(jié)合圖3，撥動機構(gòu)100位于夾槽760內(nèi)，基底200與橫板723連接。需要說明的是，本實施例中，撥動機構(gòu)100與實施例3提供的撥動機構(gòu)100一樣，具體結(jié)構(gòu)請參照實施例3，需要說明的是，還可以采用實施1、2、5提供的撥動機構(gòu)100。并且外殼720還可以設(shè)置成圓形，并與應用實施例4提供的撥動機構(gòu)100進行適配組合。

預緊蓋板710包括第三豎板711、第四豎板712和橫蓋板713，第三豎板711和第四豎板712相對設(shè)置，其中第三豎板711和第四豎板712的下端分別連接位于橫蓋板713，并與橫蓋板713呈垂直設(shè)置，形成U槽。預緊蓋板710的橫蓋板713遠離第三豎板711和第四豎板712的一側(cè)與第一撥動腿310的遠離基底200的一端抵靠。

滾輪730轉(zhuǎn)動設(shè)置有軸，且軸的兩端向外伸出，滾輪730的兩側(cè)面分別抵住預緊蓋板710的第三豎板711和第四豎板712，第一壓緊塊740設(shè)置于第一豎板721遠離橫板723的一端，第二壓緊塊750設(shè)置于第二豎板722遠離橫板723的一端，并通過螺釘將第一壓緊塊740和第二壓緊塊750分別固定于第一豎板721和第二豎板722。滾輪730兩端的軸分別通過第一壓緊塊740和第一豎板721、第二壓緊塊750和第二豎板722固定。

需要說明的是，本實施例中滾輪730為1個，但不僅限于此，滾輪730可設(shè)置為多個。

需要說明的是，撥動型壓電執(zhí)行器700還可以不包括第一壓緊塊740和第二壓緊塊750，直接將滾輪730兩端的軸分別連接于第一豎板721和第二豎板722也能實現(xiàn)上述功能。

該撥動型壓電執(zhí)行器700可以通過撥動機構(gòu)100推動預緊蓋板710向一邊移動，進而實現(xiàn)壓電執(zhí)行器的功能。

綜上所述，本發(fā)明的撥動機構(gòu)將壓電陶瓷設(shè)置于卡槽內(nèi),利用壓電陶瓷的逆壓電效應及壓電陶瓷工作在諧振頻率上，增大輸出力矩，同時壓電陶瓷與撥動機構(gòu)作為一個整體,安裝時采用將卡槽輕微掰開塞入壓電陶瓷塊，在非工作狀態(tài)下，陶瓷處于預緊夾持狀態(tài)，壓電陶瓷在整個工作過程中基本上只受壓應力而不受拉應力的影響，從而顯著提高器件壽命，降低了制作成本。應用該撥動機構(gòu)的大力矩撥動執(zhí)行器，顯著增加了其輸出力矩，制作簡單，整個執(zhí)行器的壽命顯著提高。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。