[發明專利]基于杠桿放大的交替步進壓電直線電機

有效

• 申請號: 201610192137.0
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105743387B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 王道智;黃衛清;孫夢馨;蘇釗;盧倩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04;H02K1/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于壓電精密致動應用技術領域，尤其涉及一種基于杠桿放大的交替步進壓電直線電機。

背景技術

壓電直線電機是一種新型的直線作動機構，近幾年發展迅速，引起了國內外研究人員的廣泛關注，其利用了壓電材料的逆壓電效應，一般具有特定的結構形式。壓電直線電機具有較高的推重比，易于微型化，能直接產生直線輸出、結構簡單、響應快、位置和速度控制精度高、無電磁干擾等優點，可以滿足高新技術對精密定位技術的要求。當前，研究者們已經研發出種類繁多的壓電直線電機，其中一些實現了商品化。

根據壓電器件對驅動足激振方式的不同，壓電直線電機可分為共振式和非共振式兩種：共振式壓電直線電機利用壓電元件激發定子彈性體的共振，從而得到放大的變形，再由這種變形來驅動，主要有駐波型、行波型、聲表面波型及模態復合型等；非共振式壓電直線電機大都采用自身變形較大（可達微米級）的疊層式壓電元件作為驅動元件，主要有直接驅動式、尺蠖原理式、位移放大式及慣性沖擊式。

在非共振式壓電直線電機中，直接驅動式電機直接利用壓電元件的變形驅動，位置分辨率高，輸出推力較大，但是行程較小；尺蠖原理式電機利用多個壓電元件間的特定關系的交替驅動和箝位實現高精度步進，具有大行程，但是該種電機對加工精度要求很高，輸出推力通常較小。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中由于疊層壓電陶瓷輸出位移較小、加工誤差導致的電機輸出穩定性較低的問題，提供一種基于杠桿放大的交替步進壓電直線電機。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于杠桿放大的交替步進壓電直線電機，包含底板、第一至第三滑軌、第一至第三滑塊、定子、預壓固定塊和預壓螺釘；

所述第一至第三滑塊分別對應第一至第三滑軌，能夠在其上滑動；

所述第一至第三滑軌均固定在底板上，其中，第二滑軌和第三滑軌相互平行、在第一滑軌的同一側且均與第一滑軌垂直；

所述定子包含框體、以及第一至第四壓電單元；

所述第一至第四壓電單元均包含杠桿放大機構、疊層壓電陶瓷組和預緊螺釘；

所述框體呈U型，包含第一側邊、第二側邊和底邊，所述第一側邊、第二側邊和底邊之間的夾角均為直角；

所述第一側邊固定在第二滑塊上，第二側邊固定在第三滑塊上，且第一側邊、第二側邊在底邊和第一滑塊之間，框體能夠在第二滑軌、第三滑軌上滑動；

所述第四壓電單元的杠桿放大機構的一端與所述第一側邊的內側呈90度柔性鉸鏈連接，另一端與所述第一壓電單元的杠桿放大機構的一端呈90度柔性鉸鏈連接；

所述第一壓電單元的杠桿放大機構的另一端與所述第一滑塊相抵；

所述第三壓電單元的杠桿放大機構的一端與所述第二側邊的內側呈90度柔性鉸鏈連接，另一端與所述第二壓電單元的杠桿放大機構的一端呈90度柔性鉸鏈連接；

所述第二壓電單元的杠桿放大機構的另一端與所述第一滑塊相抵；

所述第一壓電單元的疊層壓電陶瓷組和第四壓電單元的杠桿放大機構平行，一端和所述第一壓電單元的杠桿放大機構的中點部分相抵，另一端與穿過第一側邊的第一壓電單元的預緊螺釘的端部相抵；

所述第二壓電單元的疊層壓電陶瓷組和第三壓電單元的杠桿放大機構平行，一端和所述第二壓電單元的杠桿放大機構的中點部分相抵，另一端與穿過第二側邊的第二壓電單元的預緊螺釘的端部相抵；

所述第三壓電單元的疊層壓電陶瓷組和第二側邊平行，一端和所述第三壓電單元的杠桿放大機構相抵，另一端與穿過底邊的第三壓電單元的預緊螺釘的端部相抵；

所述第四壓電單元的疊層壓電陶瓷組和第一側邊平行，一端和所述第四壓電單元的杠桿放大機構相抵，另一端與穿過底邊的第四壓電單元的預緊螺釘的端部相抵；

所述底邊上設有供預壓螺釘穿過的通孔；

所述預壓固定塊固定在底板上，其上設有和所述預壓螺釘相匹配的螺紋孔；

所述預壓螺釘穿過所述通孔與所述預壓固定塊螺紋連接，用于調節第一壓電單元的杠桿放大機構、第二壓電單元的杠桿放大機構與第一滑塊之間的壓力。

作為本發明基于杠桿放大的交替步進壓電直線電機進一步的優化方案，所述第一壓電單元的杠桿放大機構、第二壓電單元的杠桿放大機構與第一滑塊之間設有耐磨陶瓷條；

所述耐磨陶瓷條固定在第一滑塊上，第一壓電單元的杠桿放大機構、第二壓電單元的杠桿放大機構與其相抵。