[發(fā)明專利]單鉤型位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)壓電粘滑直線電機(jī)及其激勵方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610386928.7
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN106059380B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧曉暉;程廷海;陳棟;李哲;田麗雅;王拓
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單鉤型位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)壓電粘滑直線電機(jī)及其激勵方法，屬于微納精密驅(qū)動與定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電粘滑直線電機(jī)是一種基于壓電元件的逆壓電效應(yīng)，在非對稱電信號激勵下激發(fā)定子（或稱振子）產(chǎn)生微幅高頻振動，利用定子與動子間的摩擦耦合實現(xiàn)機(jī)械能輸出的微納精密壓電粘滑直線電機(jī)。按照驅(qū)動原理的不同，壓電粘滑直線電機(jī)主要分為共振型壓電電機(jī)（也稱超聲波電機(jī)）與非共振型壓電電機(jī)（也稱壓電粘滑電機(jī)）兩大類。與共振型壓電電機(jī)相比，壓電粘滑直線電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、控制方便、定位精度高及行程大等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體加工、精密光學(xué)儀器等微納精密驅(qū)動與定位技術(shù)領(lǐng)域。

壓電粘滑驅(qū)動主要是將鋸齒激勵電信號施加于壓電元件，激發(fā)定子產(chǎn)生快慢交替的運動變形，控制定子與動子在“粘”和“滑”兩種運動狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，利用摩擦力驅(qū)動動子實現(xiàn)機(jī)械運動輸出。然而，由于壓電粘滑驅(qū)動緩慢與快速變形驅(qū)動階段，定子與動子間摩擦力發(fā)揮的不同作用，具體為緩慢變形驅(qū)動階段時表現(xiàn)為摩擦驅(qū)動力，而快速變形驅(qū)動階段時表現(xiàn)為摩擦阻力。已有公開技術(shù)表明當(dāng)前壓電粘滑直線電機(jī)無法實現(xiàn)對整個粘滑驅(qū)動過程的摩擦力進(jìn)行綜合調(diào)控，導(dǎo)致其輸出機(jī)械性能受限。特別在定子的快速變形驅(qū)動階段，由于動子所受摩擦力與其運動方向相反，當(dāng)動子慣性力不足以克服該摩擦阻力時，將會導(dǎo)致動子產(chǎn)生回退運動，表現(xiàn)為類鋸齒狀的不平穩(wěn)運動輸出，劣化輸出性能，已有鋸齒激勵電信號無法實現(xiàn)對壓電粘滑直線電機(jī)快速變形驅(qū)動階段的摩擦力進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)一步限制壓電粘滑直線電機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為解決已有壓電粘滑直線電機(jī)由于定子與動子間摩擦綜合調(diào)控困難，所導(dǎo)致的機(jī)械輸出特性受限，產(chǎn)生類鋸齒狀不平穩(wěn)運動輸出，劣化輸出性能等技術(shù)問題，本發(fā)明公開一種單鉤型位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)壓電粘滑直線電機(jī)及其激勵方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述單鉤型位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)壓電粘滑直線電機(jī)包括加載機(jī)構(gòu)、單鉤型定子和動子。

所述加載機(jī)構(gòu)由下滑臺、上滑臺和手動調(diào)節(jié)螺釘組成。所述下滑臺設(shè)置有固定螺釘、鎖緊保持架和鎖緊螺栓，用于實現(xiàn)對上滑臺安裝固定；所述下滑臺設(shè)置有手動調(diào)節(jié)螺釘安裝孔，通過與手動調(diào)節(jié)螺釘?shù)穆菁y連接實現(xiàn)單鉤型定子的預(yù)緊力調(diào)節(jié)；所述下滑臺設(shè)置有下彈簧固定銷和預(yù)壓彈簧，用于實現(xiàn)上滑臺的回程運動；所述下滑臺設(shè)置有內(nèi)側(cè)固定導(dǎo)軌，內(nèi)側(cè)固定導(dǎo)軌設(shè)置有下導(dǎo)軌限位螺釘，避免上滑臺滑動過程中脫離下滑臺。所述下滑臺設(shè)置有滾珠保持架組件，用于使上滑臺與下滑臺間接接觸；所述下滑臺設(shè)置有動子安裝基面和動子安裝螺紋孔，通過動子安裝螺紋孔將動子固定在動子安裝基面上；所述下滑臺設(shè)置有沉頭孔，通過沉頭孔與外圍臺面連接固定。所述上滑臺設(shè)置有橫向鉸鏈安裝孔和縱向鉸鏈安裝孔，用于安裝定子；所述上滑臺設(shè)置有外安裝孔和呈垂直對稱分布的內(nèi)安裝孔；所述上滑臺設(shè)置有上導(dǎo)軌限位螺釘，用于限制上滑臺的運動范圍；所述上滑臺設(shè)置有上彈簧固定銷，用于固定預(yù)壓彈簧的另一端，所述上滑臺側(cè)面設(shè)置有鎖緊螺紋孔，通過與鎖緊螺栓的螺紋連接固定上滑臺；所述上滑臺設(shè)置有外側(cè)移動導(dǎo)軌，通過外側(cè)移動導(dǎo)軌帶動上滑臺的移動。所述手動調(diào)節(jié)螺釘與手動調(diào)節(jié)螺釘安裝孔采用螺紋連接，通過調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)螺釘?shù)男M(jìn)量可以改變上滑臺的位置，實現(xiàn)加載機(jī)構(gòu)對單鉤型定子的預(yù)緊力調(diào)節(jié)。

所述單鉤型定子包括單鉤型菱形位移放大轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、壓電堆疊、預(yù)緊調(diào)整螺栓和墊片。所述單鉤型菱形位移放大轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)置有定子安裝孔，通過定子安裝孔可將單鉤型定子與上滑臺固定；所述單鉤型菱形位移放大轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)置有單鉤型菱形鉸鏈，可以將壓電堆疊的微位移放大。所述單鉤型菱形鉸鏈設(shè)置有鉸鏈短軸和鉸鏈長軸，通過改變鉸鏈長短軸的比值，可改變微位移的放大倍數(shù)；所述單鉤型菱形位移放大轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)置有柔性梁和剛性梁，通過改變剛性梁與柔性梁的壁厚比值，可以將壓電堆疊產(chǎn)生的微位移進(jìn)一步放大。所述單鉤型菱形位移放大轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)置有驅(qū)動足，用于驅(qū)動動子運動；所述單鉤型菱形位移放大轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)置有單鉤型鉸鏈運動轉(zhuǎn)換器，用于改變單鉤型定子的軸向偏轉(zhuǎn)剛度，將壓電堆疊受到鋸齒波激勵電信號時產(chǎn)生的微位移轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為驅(qū)動足的側(cè)向位移。由于單鉤型定子的軸向剛度分布不均既產(chǎn)生側(cè)向位移，又可增大緩慢變形驅(qū)動階段時摩擦驅(qū)動力，減小快速變形驅(qū)動階段時摩擦阻力，實現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控。所述單鉤型菱形位移放大轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)置有預(yù)緊調(diào)整螺栓安裝孔，用于壓電堆疊的預(yù)緊固定。所述壓電堆疊的前后端面與預(yù)緊調(diào)整螺栓之間設(shè)置有墊片，其目的是保護(hù)壓電堆疊，防止其局部應(yīng)力集中。通過改變預(yù)緊調(diào)整螺栓的旋進(jìn)量，可以通過墊片間接的對壓電堆疊的軸向預(yù)緊力調(diào)節(jié)。