[發(fā)明專利]非對稱菱形放大機構(gòu)壓電粘滑直線電機及其激勵方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610386933.8
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN106026765B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程廷海;林潔瓊;李恒禹;王拓;田麗雅
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;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)明涉及一種非對稱菱形放大機構(gòu)壓電粘滑直線電機及其激勵方法，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)機械能輸出的微納精密壓電粘滑直線電機。按照驅(qū)動原理的不同，壓電粘滑直線電機主要分為共振型壓電電機（也稱超聲波電機）與非共振型壓電電機（也稱壓電粘滑電機）兩大類。與共振型壓電電機相比，壓電粘滑直線電機具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易裝配、控制方便、定位精度高以及行程不受限等特點，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起到不同作用，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無法實現(xiàn)對整個粘滑驅(qū)動過程的摩擦力進行綜合調(diào)控，導(dǎo)致其輸出機械性能受限。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快速變形驅(qū)動階段的摩擦力進行調(diào)控，進一步限制壓電粘滑直線電機的應(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由于定子與動子間摩擦綜合調(diào)控困難，所導(dǎo)致的機械輸出特性受限，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)明公開一種非對稱菱形放大機構(gòu)壓電粘滑直線電機及其激勵方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述一種使用非對稱菱形放大機構(gòu)壓電粘滑直線電機由預(yù)壓力調(diào)節(jié)裝置、定子和動子三部分組成。

所述預(yù)壓力調(diào)節(jié)裝置由下支撐臺、預(yù)壓滑臺和手動調(diào)節(jié)螺栓組成。所述下支撐臺設(shè)置有固定螺釘、固定保持架和鎖緊螺桿，通過調(diào)節(jié)鎖緊螺桿，可實現(xiàn)對預(yù)壓滑臺的固定；所述下支撐臺設(shè)置有手動調(diào)節(jié)螺栓安裝孔，通過與手動調(diào)節(jié)螺栓采用螺紋連接實現(xiàn)對定子的預(yù)緊力調(diào)節(jié)；所述下支撐臺設(shè)置有下彈簧固定螺釘和安裝彈簧，用于實現(xiàn)預(yù)壓滑臺的回程運動。所述下支撐臺設(shè)置有內(nèi)側(cè)固定導(dǎo)軌，用于實現(xiàn)預(yù)壓滑臺的移動，內(nèi)側(cè)固定導(dǎo)軌設(shè)置有下導(dǎo)軌安裝螺釘，避免預(yù)壓滑臺滑動過程中脫離下支撐臺；所述內(nèi)側(cè)固定導(dǎo)軌設(shè)置有滾珠保持架組件，可實現(xiàn)預(yù)壓滑臺的單自由度往復(fù)直線運動。所述下支撐臺設(shè)置有動子安裝基面和動子安裝螺紋孔，用于安裝固定動子；所述下支撐臺設(shè)置有錐形孔，用于與外圍裝置固連。所述預(yù)壓滑臺設(shè)置有橫向鉸鏈安裝孔和縱向鉸鏈安裝孔，用于安裝固定定子；所述預(yù)壓滑臺設(shè)置有頂點固定孔和呈垂直對稱分布的內(nèi)安裝孔。所述預(yù)壓滑臺設(shè)置有上導(dǎo)軌安裝螺釘，用于避免預(yù)壓滑臺滑出下支撐臺。所述預(yù)壓滑臺設(shè)置有上彈簧固定螺釘，用于固定安裝彈簧的另一端；所述預(yù)壓滑臺側(cè)面設(shè)置有鎖緊螺桿安裝孔，通過與鎖緊螺桿的螺紋連接實現(xiàn)對預(yù)壓滑臺鎖緊固定。所述預(yù)壓滑臺設(shè)置有外側(cè)移動導(dǎo)軌，用于帶動預(yù)壓滑臺移動。所述手動調(diào)節(jié)螺栓與手動調(diào)節(jié)螺栓安裝孔螺紋連接，實現(xiàn)對定子的預(yù)緊力調(diào)節(jié)。

所述定子包括非對稱菱形位移放大轉(zhuǎn)換機構(gòu)、疊堆型壓電陶瓷致動器、預(yù)緊調(diào)整螺釘和楔形墊塊；所述非對稱菱形位移放大轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置有鉸鏈固定孔，用于與預(yù)壓滑臺緊固連接；所述非對稱菱形位移放大轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置有單棱邊弧形缺口式菱形鉸鏈，用于將受到鋸齒波電信號激勵下的疊堆型壓電陶瓷致動器產(chǎn)生的微位移放大；所述有單棱邊弧形缺口式菱形鉸鏈設(shè)置有鉸鏈短軸和鉸鏈長軸，調(diào)整長短軸比值，可以改變的微位移放大倍數(shù)。所述非對稱菱形位移放大轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置有剛性梁和柔性梁，可以進一步對疊堆型壓電陶瓷致動器產(chǎn)生的微位移放大。所述非對稱菱形位移放大轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置有運動足，用于驅(qū)動動子移動。所述非對稱菱形位移放大轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置有直圓型柔性鉸鏈運動轉(zhuǎn)換器，可以改變其軸向偏轉(zhuǎn)剛度，并將疊堆型壓電陶瓷致動器的軸向振動產(chǎn)生微位移轉(zhuǎn)換為運動足的側(cè)向位移。所述非對稱菱形位移放大轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置有預(yù)緊調(diào)整螺釘安裝孔，用于疊堆型壓電陶瓷致動器的預(yù)緊固定；所述疊堆型壓電陶瓷致動器的前后端面與預(yù)緊調(diào)整螺釘之間設(shè)置有楔形墊塊，其目的是保護疊堆型壓電陶瓷致動器，防止其產(chǎn)生切應(yīng)變或局部受力不均，通過調(diào)整預(yù)緊調(diào)整螺釘?shù)男M量，可以通過楔形墊塊間接的對疊堆型壓電陶瓷致動器的軸向預(yù)緊力調(diào)節(jié)。