[發(fā)明專利]壓電陶瓷平面電機(jī)及其驅(qū)動方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480057304.X
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN105723608B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張峻彬;黃佩森
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 駱希聰

一種壓電陶瓷平面電機(jī)，其包括平面基板和安裝在所述平面基板上的動子，所述壓電陶瓷平面電機(jī)還包括：至少一條壓電陶瓷驅(qū)動腿，所述壓電陶瓷驅(qū)動腿設(shè)置在所述動子上，用來驅(qū)動所述動子在所述平面基板上進(jìn)行平面全向移動。還提供了一種用壓電陶瓷驅(qū)動腿驅(qū)動平面電機(jī)的方法，實(shí)現(xiàn)了三種運(yùn)動模式，即滑行模式、步行模式和微調(diào)模式。上述壓電陶瓷平面電機(jī)及驅(qū)動方法可以有效地克服傳統(tǒng)納米定位平臺運(yùn)動范圍小、速度慢的缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及平面電機(jī)領(lǐng)域，特別適用于壓電陶瓷平面電機(jī)及其驅(qū)動方法。

背景技術(shù)

常規(guī)的平面電機(jī)具有二維直接驅(qū)動的特點(diǎn)，作為可以實(shí)現(xiàn)高精度、高頻響的平面定位裝置，近年來受到廣泛關(guān)注。隨著科技的進(jìn)步，在現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域，尤其是半導(dǎo)體生產(chǎn)和微納米加工方向，對納米定位運(yùn)動平臺的需求正飛速增長。這些應(yīng)用領(lǐng)域通常要求納米定位平臺具有很高的定位分辨率和定位精度，同時還要求平臺有較大的運(yùn)動行程。

在現(xiàn)有技術(shù)中，多種已經(jīng)被開發(fā)的納米定位平臺采用的典型驅(qū)動方法包括電磁式平面電機(jī)、超聲波平面電機(jī)、壓電步行式平臺，以及壓電粘滑式平臺。然而，上述的驅(qū)動方法都各自有一些缺點(diǎn)，例如電磁式平面電機(jī)需要復(fù)雜的運(yùn)動控制；超聲電機(jī)需要對共振體進(jìn)行復(fù)雜的動力學(xué)分析，以及需要昂貴的摩擦材料；壓電步行式平臺運(yùn)動速度較??；壓電粘滑式平臺的驅(qū)動力較小，而且有滑動摩擦導(dǎo)致的磨損。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的壓電陶瓷平面電機(jī)可以有效地解決上訴納米定位平臺的問題，并克服了傳統(tǒng)壓電陶瓷運(yùn)動平臺運(yùn)動范圍小、速度慢的缺陷。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種壓電陶瓷平面電機(jī)，其包括平面基板和安裝在所述平面基板上的動子，其特點(diǎn)在于，所述壓電陶瓷平面電機(jī)還包括：至少一條壓電陶瓷驅(qū)動腿，所述壓電陶瓷驅(qū)動腿設(shè)置在所述動子上，用來驅(qū)動所述動子在所述平面基板上進(jìn)行平面全向移動。

較佳地，所述平面電機(jī)還包括懸浮裝置，所述懸浮裝置使所述動子懸浮在所述平面基板上。

較佳地，所述懸浮裝置為磁懸浮裝置或空氣懸浮裝置。

較佳地，所述空氣懸浮裝置為至少一個空氣軸承。

較佳地，所述平面電機(jī)還包括預(yù)緊機(jī)構(gòu)，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)使所述動子與所述平面基板之間產(chǎn)生預(yù)緊力。

較佳地，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)為真空預(yù)緊機(jī)構(gòu)或磁力預(yù)緊機(jī)構(gòu)。

較佳地，所述壓電陶瓷驅(qū)動腿包括至少一條多自由度驅(qū)動腿，布置在所述動子上，所述多自由度驅(qū)動腿的接觸頭提供至少兩個自由度的運(yùn)動。

較佳地，所述壓電陶瓷驅(qū)動腿還包括至少一條單自由度驅(qū)動腿，布置在所述動子上，所述單自由度驅(qū)動腿的接觸頭提供一個自由度的運(yùn)動。

較佳地，所述壓電陶瓷驅(qū)動腿包括兩條多自由度驅(qū)動腿和兩條單自由度驅(qū)動腿。

較佳地，所述壓電陶瓷驅(qū)動腿包括三條多自由度驅(qū)動腿和三條單自由度驅(qū)動腿。

較佳地，所述壓電陶瓷平面電機(jī)包括六條多自由度驅(qū)動腿。

較佳地，所述多自由度驅(qū)動腿由剪切變形壓電陶瓷和伸縮變形的壓電陶瓷疊加而成。

較佳地，所述多自由度驅(qū)動腿包括至少兩個第一壓電陶瓷，所述至少兩個第一壓電陶瓷相互組合提供多自由度的運(yùn)動。

較佳地，所述單自由度驅(qū)動腿通過一個第二壓電陶瓷，所述第二壓電陶瓷提供單自由度運(yùn)動。

較佳地，所述壓電陶瓷平面電機(jī)的運(yùn)動控制模式包括滑行模式，在所述滑行模式中，存在所述壓電陶瓷驅(qū)動腿與所述平面基板不接觸的狀態(tài)。

較佳地，壓電陶瓷平面電機(jī)的運(yùn)動控制模式包括滑行模式，在所述滑行模式中，存在所述壓電陶瓷驅(qū)動腿與所述平面基板不接觸的狀態(tài)，所述動子處于懸浮狀態(tài)。