專利名稱：壓電液壓直線馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)電液一體化領(lǐng)域，具體涉及一種利用壓電泵驅(qū)動(dòng)液體循 環(huán)，將壓電陶瓷高頻、微小往復(fù)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成液壓缸活塞有規(guī)律宏觀直線運(yùn)動(dòng)的 壓電液壓驅(qū)動(dòng)器，即壓電液壓直線馬達(dá)。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快、無電磁干擾、能耗低、易于控制等特點(diǎn)， 在航空航天、機(jī)械、光學(xué)工程、生物醫(yī)藥及流體驅(qū)動(dòng)與控制等領(lǐng)域都有廣泛的 應(yīng)用。目前，以壓電陶瓷為動(dòng)力部件實(shí)現(xiàn)力和直線位移輸出/控制壓電驅(qū)動(dòng)器 有多種形式，可簡(jiǎn)單歸結(jié)為3類1)直接利用壓電體伸縮變形輸出力或位移的 壓電驅(qū)動(dòng)器；2)采用杠桿及柔性鉸鏈等放大機(jī)構(gòu)的壓電驅(qū)動(dòng)器；3)采用嵌位 機(jī)構(gòu)或超聲波原理形成的步進(jìn)式壓電馬達(dá)。前兩類壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸 出力大，但位移微小，實(shí)際應(yīng)用受到了一定的限制；后者可獲得較大的運(yùn)動(dòng)行 程，但結(jié)構(gòu)及控制復(fù)雜、要求部件的加工精度高，由于依靠摩擦力傳遞力和位 移，因此進(jìn)給剛度低、輸出驅(qū)動(dòng)力遠(yuǎn)低于壓電體變形產(chǎn)生的壓力，只有幾到幾 十牛頓，無法滿足力和位移都較大的使用場(chǎng)合。體積小，重量輕，高輸出力、 大位移，速度快，能效高的新型驅(qū)動(dòng)器是很多領(lǐng)域所急需的。例如，材料試驗(yàn) 機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)、直升機(jī)轉(zhuǎn)子微小擺動(dòng)和傳統(tǒng)航空器表面的主 動(dòng)控制等應(yīng)用對(duì)象，通常要求驅(qū)動(dòng)器具有較大的輸出力和位移來滿足結(jié)構(gòu)控制 的要求，這類設(shè)備的控制對(duì)象主要是負(fù)荷，通過實(shí)時(shí)的大范圍精密位移來加載 或卸載(在數(shù)毫米/厘米的行程范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)千牛頓力的雙向調(diào)整)，這是目前 現(xiàn)有壓電驅(qū)動(dòng)器難以滿足的。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種壓電液壓直線馬達(dá)，以解決壓電驅(qū)動(dòng)器存在的輸出力 和位移微小、不能滿足實(shí)際需要的問題。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是壓電 泵的入口與蓄能器通過管路連接，該蓄能器還通過管路與換向閥連接，該換向 閥與壓電泵的出口通過管路連接，該換向閥還通過管路與液壓缸的腔體連接。
本實(shí)用新型一種實(shí)施方式是該換向閥采用3位4通閥。
本實(shí)用新型一種實(shí)施方式是壓電泵采用壓電疊堆泵，所述壓電疊堆泵由 泵體、1 10個(gè)壓電疊堆振子、剛性頂塊、彈性隔膜及截止閥構(gòu)成，所述泵體及 彈性隔膜共同構(gòu)成泵腔。
本實(shí)用新型一種實(shí)施方式是壓電泵采用壓電晶片泵，所述壓電晶片泵由 泵體、1 10個(gè)壓電晶片振子及截止閥構(gòu)成，所述泵體及壓電晶片振子共同構(gòu)成 泵腔。
本實(shí)用新型中壓電泵是動(dòng)力元件，實(shí)現(xiàn)流體的循環(huán)與驅(qū)動(dòng)；換向閥的功能 是控制流體的流動(dòng)及液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)方向；蓄能器的作用是吸納高壓流體、 補(bǔ)充低壓流體，存儲(chǔ)活塞兩端面積不等造成的液體容積差；液壓缸的功能是實(shí) 現(xiàn)力或位移的輸出。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是能同時(shí)獲得較大的輸出力和運(yùn)動(dòng)行程。
本實(shí)用新型利用壓電泵驅(qū)動(dòng)液體循環(huán)，通過流體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換和動(dòng)力 傳遞，進(jìn)而將壓電振子的高頻微幅往復(fù)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成液壓缸活塞的直線運(yùn)動(dòng)。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式中，包含至少一個(gè)壓電泵、換向閥、蓄能器、 液壓缸及連接管路等部分。所述壓電泵中的壓電振子在交變電壓作用下發(fā)生變 形時(shí)，壓電泵泵腔容積及流體壓力發(fā)生變化，進(jìn)而推動(dòng)單向閥的開啟與關(guān)閉當(dāng) 所述壓電振子的形變使壓電泵泵腔容積減小、流體壓力增加時(shí)，壓電泵的進(jìn)口 閥關(guān)閉、出口閥開啟，泵腔內(nèi)高壓流體經(jīng)換向閥進(jìn)入液壓缸的某個(gè)腔體；同時(shí)， 液壓缸另一個(gè)腔體內(nèi)的液體進(jìn)入蓄能器，液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)一步；交變電壓換向 后，壓電泵泵腔容積增加、泵腔內(nèi)液體壓力降低，致使壓電泵的進(jìn)口閥開啟、 出口閥關(guān)閉，蓄能器內(nèi)液體進(jìn)入泵腔，至此完成一個(gè)工作循環(huán)。當(dāng)壓電振子在 交變電壓作用下連續(xù)工作時(shí)，壓電泵輸出的脈動(dòng)流體推動(dòng)液壓缸活塞進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。通過換向閥控制，可實(shí)現(xiàn)液壓缸活塞的前進(jìn)、后退、擺動(dòng)或自鎖。
在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述壓電泵包含至少一個(gè)壓電疊堆振
子、泵腔膜薄、剛性頂塊及一對(duì)截止閥。所述壓電疊堆振子在交變電壓作用下
發(fā)生伸縮變形時(shí),通過剛性頂塊及泵腔隔膜改變泵腔容積和流體壓力，進(jìn)而推動(dòng)
單向閥的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)流體的單向、連續(xù)流動(dòng)。
在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述壓電泵包含至少一個(gè)壓電晶片振
子和一對(duì)截止閥。所述壓電晶片振子在交變電壓作用下發(fā)生彎曲變形時(shí)，致使泵
腔容積及流體壓力發(fā)生變化，進(jìn)而推動(dòng)單向閥的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)流體的連續(xù)輸出。
本實(shí)用新型提出將壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)與液壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的壓電液壓直線馬 達(dá)，即利用壓電泵循環(huán)液體的方法將壓電體微小變形和高頻振動(dòng)轉(zhuǎn)換成液壓缸 活塞有規(guī)律的直線運(yùn)動(dòng)。該馬達(dá)具有壓電元件響應(yīng)快、無電磁干擾、易于控制、
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等特點(diǎn)；同時(shí)也具有液壓傳動(dòng)的高能量密度、大運(yùn)動(dòng)行程、 高輸出壓力、無沖擊等特點(diǎn)。同傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)器相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小， 可單獨(dú)使用或作為復(fù)雜系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)部件，適用于機(jī)器人、微小系統(tǒng)及遠(yuǎn)程控制 系統(tǒng)；同目前已有的壓電直線馬達(dá)相比，它的優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)獲得較大的輸出力 和運(yùn)動(dòng)行程、實(shí)現(xiàn)力和位移的雙向控制。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)新穎，利用流體介質(zhì)傳遞動(dòng)力，可有效地將壓 電陶瓷的微幅往復(fù)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成液壓缸活塞的宏觀直線運(yùn)動(dòng)，獲得較大的驅(qū)動(dòng)力 和運(yùn)動(dòng)行程，并可通過一次累積一個(gè)液滴的方法實(shí)現(xiàn)精密驅(qū)動(dòng)與控制；同時(shí)， 壓電液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)及控制簡(jiǎn)單，體積小，密封性好，可作為標(biāo)注部件應(yīng)用。

圖1是本實(shí)用新型壓電液壓直線馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型壓電疊堆泵的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型壓電晶片泵的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
壓電泵的入口與蓄能器通過管路連接，該蓄能器還通過管路與換向闊連接， 該換向閥與壓電泵的出口通過管路連接，該換向閥還通過管路與液壓缸的腔體
連接；該換向閥采用3位4通閥。
如圖1所示，壓電泵l、換向閥2、液壓缸3和蓄能器4通過管路連接成封 閉的系統(tǒng)；所述的蓄能器與壓電泵的入口相連，所述的換向閥為3位4通閥； 在所述壓電泵1啟動(dòng)的情況下，通過調(diào)整所述換向閥3的位置改變液壓缸活塞 301的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)換向閥2截止時(shí)，處于202位置，壓電泵1輸出的流體經(jīng)換 向閥2直接返回泵腔，液壓缸腔體302和303均無流體進(jìn)入與流出，液壓缸活 塞桿301處于鎖定狀態(tài)；換向閥2的下端接通時(shí)，在201位置，壓電泵的出口 與液壓缸腔體303連通、壓電泵的進(jìn)口與液壓缸的腔體302連通，液壓缸活塞 桿301向下運(yùn)動(dòng)；相反，換向閥2的上端接通時(shí)，處203位置，壓電泵的進(jìn)、 出口分別與液壓缸的303和302腔體連通，液壓缸活塞301向上運(yùn)動(dòng)。
如圖2所示，壓電泵可由壓電疊堆振子驅(qū)動(dòng)，為壓電疊堆泵，所述壓電疊 堆泵由泵體101、壓電疊堆102、剛性頂塊103、彈性隔膜104、及截止閥106 和107構(gòu)成。所述泵體101及彈性隔膜104共同構(gòu)成泵腔105。當(dāng)所述壓電疊 堆振子在外界交變電壓作用下伸長時(shí)，推動(dòng)泵腔隔膜使泵腔105容積減小、其 內(nèi)流體壓力增加，出口閥106開啟、進(jìn)口閥107關(guān)閉，流體從出口流出；相反， 交變電壓換向后，壓電疊堆振子101縮短、泵腔105容積增加，致使流體壓力 降低，出口閥106關(guān)閉、進(jìn)口閥107開啟，流體進(jìn)入泵腔。
如圖3所示，壓電泵可由壓電晶片振子驅(qū)動(dòng)，為壓電晶片泵，所述壓電晶 片泵由泵體108、壓電晶片振子109及截止閥111和112構(gòu)成。所述泵體108 及壓電晶片振子109共同構(gòu)成泵腔110。當(dāng)所述壓電晶片振子在外界交變電壓作 用下向泵腔內(nèi)彎曲變形使泵腔IIO容積減小時(shí)，所述泵腔110內(nèi)流體壓力增加， 出口閥lll開啟、進(jìn)口閥112關(guān)閉，流體從出口流出；相反，電壓換向后，壓 電晶片振子向泵腔外彎曲使泵腔105容積增加時(shí)，泵腔內(nèi)流體壓力降低，出口 閥111關(guān)閉、進(jìn)口閥112開啟，流體進(jìn)入泵腔。
權(quán)利要求1、一種壓電液壓直線馬達(dá)，其特征在于壓電泵的入口與蓄能器通過管路連接，該蓄能器還通過管路與換向閥連接，該換向閥與壓電泵的出口通過管路連接，該換向閥還與液壓缸的腔體連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電液壓直線馬達(dá)，其特征在于該換向閥采用 3位4通閥。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電液壓直線馬達(dá)，其特征在于壓電泵采 用壓電疊堆泵。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電液壓直線馬達(dá)，其特征在于壓電泵采 用壓電晶片泵。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電液壓直線馬達(dá)，其特征在于壓電泵采用1 10個(gè)壓電疊堆振子。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電液壓直線馬達(dá)，其特征在于壓電泵采用1 10個(gè)壓電晶片振子。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種壓電液壓直線馬達(dá)，屬于機(jī)電液一體化領(lǐng)域。壓電泵的入口與蓄能器通過管路連接，該蓄能器還通過管路與換向閥連接，該換向閥與壓電泵的出口通過管路連接，該換向閥還與液壓缸的腔體連接。優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)新穎，利用流體介質(zhì)傳遞動(dòng)力，可有效地將壓電陶瓷的微幅往復(fù)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成液壓缸活塞的宏觀直線運(yùn)動(dòng)，獲得較大的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)行程，并可通過一次累積一個(gè)液滴的方法實(shí)現(xiàn)精密驅(qū)動(dòng)與控制；同時(shí)，壓電液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)及控制簡(jiǎn)單，體積小，密封性好，可作為標(biāo)注部件應(yīng)用。
文檔編號(hào)F15B15/00GK201250820SQ200820072420
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者唐可洪, 闞君武, 高俊峰 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)