[發(fā)明專利]多足直線壓電驅(qū)動器與工作臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010131680.2
• 申請日: 2010-03-23
• 公開（公告）號: CN101795088A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 褚祥誠;袁松梅;查海勇;袁世明
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京航空航天大學(xué);精拓麗音科技(北京)有限公司
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域的微型驅(qū)動器范圍，特別涉及將驅(qū)動器多個足底 的橢圓振動累積疊加為宏觀直線運動的一種多足直線壓電驅(qū)動器與工作臺。

背景技術(shù)

壓電超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)彈性體的超聲振動，通過結(jié) 構(gòu)設(shè)計，將這種振動累積疊加成為驅(qū)動體的宏觀運動。如果驅(qū)動器宏觀運動為旋 轉(zhuǎn)運動則為旋轉(zhuǎn)電機，如果驅(qū)動體運動為直線則稱為直線電機。壓電超聲電機具 有精度高、慣性小、響應(yīng)快、斷電自鎖、能量密度大、不受電磁干擾等諸多優(yōu)點。 迄今為止它已廣泛用于光學(xué)工程、超精密加工、微型機電系統(tǒng)、航空航天等諸多 領(lǐng)域。

目前壓電直線驅(qū)動器的研究非常廣泛，但是許多問題目前都沒有真正的得到 解決。其一，由于邊界條件的變化會導(dǎo)致彈性體的振動模態(tài)發(fā)生變化，加上大多 數(shù)驅(qū)動器的形狀不規(guī)則，因此多數(shù)壓電驅(qū)動器的安裝不方便。其二，外力的增加

必然導(dǎo)致驅(qū)動器的振動模態(tài)發(fā)生變化，因此驅(qū)動器的推力不大。其三，驅(qū)動 器靠定子和動子之間的摩擦力來傳遞運動，一般需要額外的預(yù)緊裝置，而且由于 摩擦帶來的磨損和溫度上升將會導(dǎo)致驅(qū)動器的精度下降和壽命降低。其四，驅(qū)動 器靠壓電陶瓷和彈性體的超聲振動工作，空氣阻尼、晶格變形能、摩擦損耗等都 會極大的增加損耗，因此壓電驅(qū)動器能量轉(zhuǎn)換效率低下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有驅(qū)動器推力不足、溫升過快、安裝不便等問題，而 提出一種多足直線壓電驅(qū)動器與工作臺。其特征在于，所述多足直線壓電驅(qū)動器 是在長方體基板上伸出方形驅(qū)動足，其結(jié)構(gòu)呈梳狀，在驅(qū)動足側(cè)面粘接方形壓電 陶瓷片，所有驅(qū)動足的端面在一個平面上；壓電陶瓷片沿厚度方向極化，將電信 號引入壓電陶瓷片的電極面，會同時激發(fā)驅(qū)動足一階伸縮振動和一階或二階彎曲 振動，兩種振動的耦合作用使得驅(qū)動足底面質(zhì)點做橢圓運動，這種橢圓運動累積 疊加實現(xiàn)驅(qū)動器的直線運動。

所述基板按用戶要求做成矩形、方形、圓形或橢圓形。

所述驅(qū)動足數(shù)量為偶數(shù)個，采用兩兩一組的結(jié)構(gòu)形式，所有驅(qū)動足的端面在 一個平面上。組內(nèi)足之間可相互獨立或用橫梁連接。

所述各組驅(qū)動足結(jié)構(gòu)相同。

在同一組驅(qū)動足內(nèi)，一個足上壓電陶瓷片極化方向為相向，另一個足上壓電 陶瓷片極化方向為相背；若組內(nèi)兩足間設(shè)有橫梁，則橫梁上也需粘接壓電陶瓷片， 且其極化方向為相向或相背。

所述壓電陶瓷片的電極表面引入電信號后，會激發(fā)驅(qū)動足一階伸縮振動和一 階或二階彎曲振動，使得驅(qū)動足底面質(zhì)點做橢圓振動，且組內(nèi)的兩驅(qū)動足的底面 質(zhì)點振動相位相差90°，通過這種橢圓運動的累積疊加而實現(xiàn)驅(qū)動器的直線運 動。

所述基板和驅(qū)動足采用一體結(jié)構(gòu)或采用分別加工后再裝配；

所述基板和驅(qū)動足的材料相同或不同，采用銅合金、鋁合金、不銹鋼、鈦合 金、ABS、丙烯酸、適于半導(dǎo)體加工的硅材。

所述壓電陶瓷采用磁致伸縮材料、電致伸縮材料、人工肌肉或形狀記憶合金。

一種使用多足直線壓電驅(qū)動器驅(qū)動的工作臺，其特征在于，工作臺定子9安 裝在基座6上；驅(qū)動器座13安裝在工作臺動子10上；驅(qū)動器5的基板1安裝在 驅(qū)動器座13上，驅(qū)動器5的驅(qū)動足底面與導(dǎo)軌面7配合；安裝在驅(qū)動器座13上 的預(yù)緊螺釘12提供驅(qū)動足底面與導(dǎo)軌面7預(yù)緊力；光柵尺8安裝在基座6上， 光柵頭11安裝在驅(qū)動器座13上，光柵尺8和光柵頭11為控制系統(tǒng)提供工作臺 的精確位置，實現(xiàn)對工作臺閉環(huán)控制。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明采用在基板上安裝梳狀形式的驅(qū)動足，結(jié)構(gòu)非常簡單，基板可按用戶 要求做成任何形式，故安裝非常方便。壓電陶瓷片采用薄方形并沿厚度方向極化， 因此不但方便裝配且成本較低。由于采用多足驅(qū)動的形式，驅(qū)動力將成倍的增大。 壓電陶瓷片與空氣接觸面積大，有利于散熱，多次長時間的試驗表明驅(qū)動器無明 顯的溫升。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施方式一的壓電陶瓷片布置與電壓加載方式示意圖。

圖3為本發(fā)明實施方式一的工作原理示意圖。

圖4為本發(fā)明實施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實施方式二的壓電陶瓷片布置與電壓加載方式示意圖。