[发明专利]叠片式辐射型混联柔顺驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于薄膜微泵以及微型振动平台的驱动器，具体涉及一种叠片式辐射型混联柔顺驱动器，属于微机电系统领域。

背景技术

利用压电材料的逆压电效应，将压电陶瓷两端施加的电压控制信号转换成机械形变位移输出，能够满足高精度微位移的技术要求。压电陶瓷用于振动驱动器，主要通过两种形式实现：一种是压电晶片驱动器，其具有体积小、输出位移大、响应时间快的特点，但易发生脆性断裂现象；另一种是压电叠堆驱动器，其具有输出力大、静电容量大的特点，但输出位移小，封装体积大。

柔顺机构(Compliant Mechanisms)，采用具有转动副功能的柔性铰链结果，并依靠材料的弹性变形来实现微小尺度动作，大多采用一体化加工方法成形，具有无间隙、无摩擦、无需润滑、精度可靠性高等优点。并联柔顺机构是在柔顺机构的技术特点之上融合并联机构的设计原理，提高机构的承载强度和刚度，并改善机构的动态性能。

轴向位移输出驱动器，是微流控系统中最常用的核心驱动元件，同时也是高精密激光发生器的核心元件，其工作原理是依靠外部电场驱动产生近线性的轴向形变位移输出，通常能实现稳定的高频高精度微位移输出。传统的轴向位移输出驱动器通常采用压电晶片驱动器和压电叠堆驱动器；压电晶片驱动器输出位移与几何尺寸正相关，传统的机械固持封装易导致脆性断裂，封装难度大，且驱动器承载强度较小；压电叠堆驱动器采用传统机械加工方法技术将压电陶瓷封装，封装后的驱动器体积较大、能效较低，不易实现微型化，由于轴向尺寸较大与外部受迫元件连接产生装配误差，因而影响输出精度。

公开号为CN101922442A与CN101216027B的两专利，利用压电叠堆驱动器作为微泵驱动元件；公开号为CN103414371A的专利也是采用压电叠堆驱动的高精密激振器，具有较高的高频稳定特性，实现轴向微位移输出。采用压电叠堆驱动器是目前应用最广泛也最成熟的设计方案，但是虽然其性能及寿命可靠性特别高，但驱动器存在有尺寸体积较大、能效低、高频振动噪声大的缺点，传统机械加工产生的装配误差也会对产品性能带来不可忽视的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服传统驱动器封装体积大不易微型化、高频噪声大、能效低等缺点，提供一种基于叠片式混联柔顺机构的压电驱动器，利用叠堆压电陶瓷片输出力大和并联柔顺机构承载力强的特点，通过多轴柔性铰链传动将径向形变位移转换成轴向位移。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种叠片式辐射型混联柔顺驱动器，其包括叠片式混联柔顺放大机构和叠堆压电陶瓷片；

所述叠片式混联柔顺放大机构将径向输入位移转换为轴向输出位移，该叠片式混联柔顺放大机构的外形为圆盘形，内部功能结构呈辐射型中心旋转对称，所述叠片式混联柔顺放大机构由多个形状结构相同的辐射型并联柔顺放大机构单片上下叠堆对齐后，在中心轴线处进行结构粘接组装而成；

所述辐射型并联柔顺放大机构单片为圆形薄片且呈中心轴旋转对称的一体化柔顺机构，包括依次相互连接的支撑框架、形变位移输入部和形变位移输出部，所述支撑框架上设有夹持部，所述形变位移输入部与所述支撑框架之间设有镂空处，所述形变位移输出部位于所述辐射型并联柔顺放大机构单片的中心轴线处并产生轴向形变位移输出，各辐射型并联柔顺放大机构单片的形变位移输出部上下相互粘接成一体，其轴向形变位移输出与所述叠片式混联柔顺放大机构的轴向输出位移相一致；

所述叠堆压电陶瓷片通过所述夹持部固定夹持在所述镂空处且与所述形变位移输入部紧密贴合，通电后对所述叠片式混联柔顺放大机构产生径向形变位移输入。

作为进一步改进，所述的辐射型并联柔顺放大机构单片还包括相互并联的柔性铰链传动支链以及链接所述形变位移输入部与支撑框架的柔性弹簧片组；该柔性铰链传动支链能够将径向输入位移转换为轴向输出位移，其两端分别与所述形变位移输入部和形变位移输出部连接，每一柔性铰链传动支链通过四个单轴对称柔性铰链与所述形变位移输入部相连，通过两个单轴不对称柔性铰链与所述形变位移输出部相连。

作为进一步改进，所述的单轴对称柔性铰链传动径向位移，其转动轴平行所述叠片式混联柔顺放大机构的轴向；所述的单轴不对称柔性铰链将径向输入位移转换为轴向输出位移，其转动轴平行所述叠片式混联柔顺放大机构的轴向。