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专利名称：压电液压直线马达的制作方法
技术领域：本实用新型属于机电液一体化领域，具体涉及一种利用压电泵驱动液体循 环，将压电陶瓷高频、微小往复振动转换成液压缸活塞有规律宏观直线运动的 压电液压驱动器，即压电液压直线马达。
背景技术：压电陶瓷具有结构简单，响应快、无电磁干扰、能耗低、易于控制等特点， 在航空航天、机械、光学工程、生物医药及流体驱动与控制等领域都有广泛的 应用。目前，以压电陶瓷为动力部件实现力和直线位移输出/控制压电驱动器 有多种形式，可简单归结为3类1)直接利用压电体伸縮变形输出力或位移的 压电驱动器；2)采用杠杆及柔性铰链等放大机构的压电驱动器；3)采用嵌位 机构或超声波原理形成的步进式压电马达。前两类压电驱动器的结构简单、输 出力大，但位移微小，实际应用受到了一定的限制；后者可获得较大的运动行 程，但结构及控制复杂、要求部件的加工精度高，由于依靠摩擦力传递力和位 移，因此进给刚度低、输出驱动力远低于压电体变形产生的压力，只有几到几 十牛顿，无法满足力和位移都较大的使用场合。体积小，重量轻，高输出力、 大位移，速度快，能效高的新型驱动器是很多领域所急需的。例如，材料试验 机、火箭发动机推力测量试验台、直升机转子微小摆动和传统航空器表面的主 动控制等应用对象，通常要求驱动器具有较大的输出力和位移来满足结构控制 的要求，这类设备的控制对象主要是负荷，通过实时的大范围精密位移来加载 或卸载(在数毫米/厘米的行程范围内进行数千牛顿力的双向调整)，这是目前 现有压电驱动器难以满足的。 发明内容本实用新型提供一种压电液压直线马达，以解决压电驱动器存在的输出力 和位移微小、不能满足实际需要的问题。本实用新型采取的技术方案是压电 泵的入口与蓄能器通过管路连接，该蓄能器还通过管路与换向阀连接，该换向 阀与压电泵的出口通过管路连接，该换向阀还通过管路与液压缸的腔体连接。
本实用新型一种实施方式是该换向阀采用3位4通阀。
本实用新型一种实施方式是压电泵采用压电叠堆泵，所述压电叠堆泵由 泵体、1 10个压电叠堆振子、刚性顶块、弹性隔膜及截止阀构成，所述泵体及 弹性隔膜共同构成泵腔。
本实用新型一种实施方式是压电泵采用压电晶片泵，所述压电晶片泵由 泵体、1 10个压电晶片振子及截止阀构成，所述泵体及压电晶片振子共同构成 泵腔。
本实用新型中压电泵是动力元件，实现流体的循环与驱动；换向阀的功能 是控制流体的流动及液压缸活塞的运动方向；蓄能器的作用是吸纳高压流体、 补充低压流体，存储活塞两端面积不等造成的液体容积差；液压缸的功能是实 现力或位移的输出。本实用新型的特点是能同时获得较大的输出力和运动行程。
本实用新型利用压电泵驱动液体循环，通过流体介质实现运动转换和动力 传递，进而将压电振子的高频微幅往复振动转换成液压缸活塞的直线运动。
在本实用新型的一个实施方式中，包含至少一个压电泵、换向阀、蓄能器、 液压缸及连接管路等部分。所述压电泵中的压电振子在交变电压作用下发生变 形时，压电泵泵腔容积及流体压力发生变化，进而推动单向阀的开启与关闭当 所述压电振子的形变使压电泵泵腔容积减小、流体压力增加时，压电泵的进口 阀关闭、出口阀开启，泵腔内高压流体经换向阀进入液压缸的某个腔体；同时， 液压缸另一个腔体内的液体进入蓄能器，液压缸活塞运动一步；交变电压换向 后，压电泵泵腔容积增加、泵腔内液体压力降低，致使压电泵的进口阀开启、 出口阀关闭，蓄能器内液体进入泵腔，至此完成一个工作循环。当压电振子在 交变电压作用下连续工作时，压电泵输出的脉动流体推动液压缸活塞进行直线运动。通过换向阀控制，可实现液压缸活塞的前进、后退、摆动或自锁。
在本实用新型的另一个实施方式中，所述压电泵包含至少一个压电叠堆振
子、泵腔膜薄、刚性顶块及一对截止阀。所述压电叠堆振子在交变电压作用下
发生伸縮变形时,通过刚性顶块及泵腔隔膜改变泵腔容积和流体压力，进而推动
单向阀的开启与关闭，实现流体的单向、连续流动。
在本实用新型的另一个实施方案中，所述压电泵包含至少一个压电晶片振
子和一对截止阀。所述压电晶片振子在交变电压作用下发生弯曲变形时，致使泵
腔容积及流体压力发生变化，进而推动单向阀的开启与关闭，实现流体的连续输出。
本实用新型提出将压电陶瓷驱动与液压传动技术相结合的压电液压直线马 达，即利用压电泵循环液体的方法将压电体微小变形和高频振动转换成液压缸 活塞有规律的直线运动。该马达具有压电元件响应快、无电磁干扰、易于控制、
结构简单、体积小等特点；同时也具有液压传动的高能量密度、大运动行程、 高输出压力、无冲击等特点。同传统的液压驱动器相比，其结构简单，体积小， 可单独使用或作为复杂系统的标准部件，适用于机器人、微小系统及远程控制 系统；同目前已有的压电直线马达相比，它的优点是可同时获得较大的输出力 和运动行程、实现力和位移的双向控制。
本实用新型的优点在于结构新颖，利用流体介质传递动力，可有效地将压 电陶瓷的微幅往复振动转换成液压缸活塞的宏观直线运动，获得较大的驱动力 和运动行程，并可通过一次累积一个液滴的方法实现精密驱动与控制；同时， 压电液压马达的结构及控制简单，体积小，密封性好，可作为标注部件应用。
图1是本实用新型压电液压直线马达的结构示意图； 图2是本实用新型压电叠堆泵的结构示意图； 图3是本实用新型压电晶片泵的结构示意图；具体实施方式
压电泵的入口与蓄能器通过管路连接，该蓄能器还通过管路与换向阔连接， 该换向阀与压电泵的出口通过管路连接，该换向阀还通过管路与液压缸的腔体
连接；该换向阀采用3位4通阀。
如图1所示，压电泵l、换向阀2、液压缸3和蓄能器4通过管路连接成封 闭的系统；所述的蓄能器与压电泵的入口相连，所述的换向阀为3位4通阀； 在所述压电泵1启动的情况下，通过调整所述换向阀3的位置改变液压缸活塞 301的运动状态换向阀2截止时，处于202位置，压电泵1输出的流体经换 向阀2直接返回泵腔，液压缸腔体302和303均无流体进入与流出，液压缸活 塞杆301处于锁定状态；换向阀2的下端接通时，在201位置，压电泵的出口 与液压缸腔体303连通、压电泵的进口与液压缸的腔体302连通，液压缸活塞 杆301向下运动；相反，换向阀2的上端接通时，处203位置，压电泵的进、 出口分别与液压缸的303和302腔体连通，液压缸活塞301向上运动。
如图2所示，压电泵可由压电叠堆振子驱动，为压电叠堆泵，所述压电叠 堆泵由泵体101、压电叠堆102、刚性顶块103、弹性隔膜104、及截止阀106 和107构成。所述泵体101及弹性隔膜104共同构成泵腔105。当所述压电叠 堆振子在外界交变电压作用下伸长时，推动泵腔隔膜使泵腔105容积减小、其 内流体压力增加，出口阀106开启、进口阀107关闭，流体从出口流出；相反， 交变电压换向后，压电叠堆振子101縮短、泵腔105容积增加，致使流体压力 降低，出口阀106关闭、进口阀107开启，流体进入泵腔。
如图3所示，压电泵可由压电晶片振子驱动，为压电晶片泵，所述压电晶 片泵由泵体108、压电晶片振子109及截止阀111和112构成。所述泵体108 及压电晶片振子109共同构成泵腔110。当所述压电晶片振子在外界交变电压作 用下向泵腔内弯曲变形使泵腔IIO容积减小时，所述泵腔110内流体压力增加， 出口阀lll开启、进口阀112关闭，流体从出口流出；相反，电压换向后，压 电晶片振子向泵腔外弯曲使泵腔105容积增加时，泵腔内流体压力降低，出口 阀111关闭、进口阀112开启，流体进入泵腔。
权利要求1、一种压电液压直线马达，其特征在于压电泵的入口与蓄能器通过管路连接，该蓄能器还通过管路与换向阀连接，该换向阀与压电泵的出口通过管路连接，该换向阀还与液压缸的腔体连接。
2、 根据权利要求1所述的压电液压直线马达，其特征在于该换向阀采用 3位4通阀。
3、 根据权利要求1或2所述的压电液压直线马达，其特征在于压电泵采 用压电叠堆泵。
4、 根据权利要求1或2所述的压电液压直线马达，其特征在于压电泵采 用压电晶片泵。
5、 根据权利要求3所述的压电液压直线马达，其特征在于压电泵采用1 10个压电叠堆振子。
6、 根据权利要求4所述的压电液压直线马达，其特征在于压电泵采用1 10个压电晶片振子。
专利摘要本实用新型涉及一种压电液压直线马达，属于机电液一体化领域。压电泵的入口与蓄能器通过管路连接，该蓄能器还通过管路与换向阀连接，该换向阀与压电泵的出口通过管路连接，该换向阀还与液压缸的腔体连接。优点在于结构新颖，利用流体介质传递动力，可有效地将压电陶瓷的微幅往复振动转换成液压缸活塞的宏观直线运动，获得较大的驱动力和运动行程，并可通过一次累积一个液滴的方法实现精密驱动与控制；同时，压电液压马达的结构及控制简单，体积小，密封性好，可作为标注部件应用。
文档编号F15B15/00GK201250820SQ200820072420
公开日2009年6月3日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者唐可洪, 阚君武, 高俊峰 申请人:吉林大学
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