[發明專利]斜梯型振幅放大機構壓電粘滑直線電機及其激勵方法

有效

• 申請號: 201610386939.5
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN106059381B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 程廷海;趙宏偉;張邦成;柳虹亮;秦峰;宋兆陽
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 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

技術領域

本發明涉及一種斜梯型振幅放大機構壓電粘滑直線電機及其激勵方法，屬于微納精密驅動與定位技術領域。

背景技術

壓電粘滑直線電機是一種基于壓電元件的逆壓電效應，在非對稱電信號激勵下激發定子（或稱振子）產生微幅高頻振動，利用定子與動子間的摩擦耦合實現機械能輸出的微納精密壓電粘滑直線電機。按照驅動原理的不同，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構簡單緊湊、控制方便、易裝配、定位精度高及行程不受限等優點，被廣泛應用于半導體加工、精密光學儀器等微納精密驅動與定位技術領域。

壓電粘滑驅動主要是將鋸齒激勵電信號施加于壓電元件，激發定子產生快慢交替的運動變形，控制定子與動子在“粘”和“滑”兩種運動狀態之間相互轉換，利用摩擦力驅動動子實現機械運動輸出。然而，由于壓電粘滑驅動緩慢與快速變形驅動階段，定子與動子間摩擦力起到不同作用，具體為緩慢變形驅動階段時表現為摩擦驅動力，而快速變形驅動階段時表現為摩擦阻力。已有公開技術表明當前壓電粘滑直線電機無法實現對整個粘滑驅動過程的摩擦力進行綜合調控，導致其輸出機械性能受限。特別在定子的快速變形驅動階段，由于動子所受摩擦力與其運動方向相反，當動子慣性力不足以克服該摩擦阻力時，將會導致動子產生回退運動，表現為類鋸齒狀的不平穩運動輸出，劣化輸出性能，已有鋸齒激勵電信號無法實現對壓電粘滑直線電機快速變形驅動階段的摩擦力進行調控，進一步限制壓電粘滑直線電機的應用與發展。

發明內容

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控困難，所導致的機械輸出特性受限，產生類鋸齒狀不平穩運動輸出，劣化輸出性能等技術問題，本發明公開一種斜梯型振幅放大機構壓電粘滑直線電機及其激勵方法。

本發明所采用的技術方案是：

所述一種斜梯型振幅放大機構壓電粘滑直線電機包括基座、預加載組件、斜梯型定子和動子。

所述基座采用不銹鋼材料，采用“L”型結構設計，包括基座安裝孔、預加載組件安裝孔、動子安裝基面和動子安裝螺紋孔。所述基座安裝孔，通過螺栓與外圍平臺固定連接，所述預加載組件安裝孔，通過螺紋連接將預加載組件固定在基座上；所述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。所述預加載組件由下固定板、上移動板、手動調節螺桿和鎖緊螺桿四部分組成。所述下固定板設置有手動調節螺桿安裝孔，通過與手動調節螺桿采用螺紋連接預緊上移動板；所述下固定板設置有彈簧固定螺釘和預壓彈簧，用于實現上移動板的回程運動；所述下固定板設置有導軌固定架，導軌固定架安裝有導軌限位螺釘，避免上移動板滑出下固定板；所述下固定板設置有沉頭孔，通過基座將下固定板與基座固連；所述下固定板設置有鎖緊保持架和固定螺釘，通過鎖緊保持架與上移動板的鎖緊。所述上移動板設置有定子安裝孔，通過定子安裝孔將斜梯型定子安裝在上移動板上；所述上移動板設置有鎖緊螺紋孔，通過與鎖緊螺桿采用螺紋配合來固定上移動板。

所述斜梯型定子包括斜梯型振幅放大轉換機構、調整墊片、疊堆型壓電陶瓷致動器和預緊調整螺栓。所述斜梯型振幅放大轉換機構設置有定子固定孔，通過定子固定孔將斜梯型定子安裝到上移動板上；所述斜梯型振幅放大轉換機構采用斜梯型菱形鉸鏈結構，斜梯型菱形鉸鏈設置有鉸鏈長軸和鉸鏈短軸，可以改變斜梯型菱形鉸鏈的微位移放大倍數。所述斜梯型振幅放大轉換機構設置有斜梯型運動轉換器，斜梯型運動轉換器設置有直驅梁和斜驅梁，可調節斜梯型振幅放大轉換機構的軸向偏轉剛度，可以實現對摩擦力的綜合調控。所述斜梯型振幅放大轉換機構設置有驅動足，驅動動子實現運動輸出。所述斜梯型振幅放大轉換機構設置有預緊調整螺栓安裝孔，通過與預緊調整螺栓采用螺紋連接實現疊堆型壓電陶瓷致動器預緊固定。所述疊堆型壓電陶瓷致動器的前后端面與預緊調整螺栓之間設置有調整墊片，目的是保護疊堆型壓電陶瓷致動器，防止其產生切應變或局部受力不均，并通過調節預緊調整螺栓的旋進量，可改變疊堆型壓電陶瓷致動器的軸向預緊力。

所述動子包括固定滑軌、滾柱保持架、雙列交叉滾柱導軌安裝螺栓、運動滑軌和端部限位螺釘。所述固定滑軌通過動子安裝螺紋孔安裝固定于動子安裝基面上；所述運動滑軌端面涂有陶瓷類摩擦材料，運動滑軌通過滾柱保持架與固定滑軌間接接觸；所述雙列交叉滾柱導軌安裝螺栓通過螺紋連接安裝固定滑軌。