[發明專利]一種壓電尺蠖直線電機

有效

• 申請號: 201711062722.X
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107834894B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 崔玉國;趙余杰;馬劍強;李錦棒;婁軍強;朱耀祥;應志奇
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 黃芳

一種壓電尺蠖直線電機，包括左箝位機構、右箝位機構、驅動機構和輸出軸，左箝位機構和右箝位機構對稱地設置在驅動機構的兩側，且依次首尾相接，輸出軸依次貫穿左箝位機構、驅動機構和右箝位機構；左箝位機構和右箝位機構包含各自的箝位爪組件和釋放用壓電執行器，釋放用壓電執行器得電時，箝位爪組件松開輸出軸；釋放用壓電執行器失電時，箝位爪組件抱緊輸出軸；左箝位機構和右箝位機構交替地一個箝位輸出軸、另一個釋放輸出軸，將驅動機構輸出的位移傳遞到輸出軸，輸出軸平動輸出位移。本發明具有結構簡單緊湊、對零部件加工和裝配精度要求低、壓電執行器僅受到壓力作用、可斷電箝位的優點。

技術領域

本發明屬于微/納米定位技術領域，涉及微/納米定位系統中的微位移驅動器，特別涉及一種壓電尺蠖直線電機。

背景技術

近年來，隨著信息技術、精密測試技術的迅速發展，對具有微結構表面的大型光學器件（如微透鏡陣列、微反射鏡陣列、光柵）的需求不斷增加。這些光學器件表面微結構的單元尺寸一般都在微米量級，而整個微結構表面尺寸卻達到毫米或厘米量級。要想得到這些大型光學器件，不管是對其加而言，還是對其加工后表面形貌的測量而言，都需要大行程、高分辨率的精密定位系統，而作為這種精密定位系統的驅動器也必須具有大行程、高分辨率。

目前，大行程、高分辨率精密定位系統的驅動方式主要有直線電機、直線電機同壓電執行器相結合、新型直線電機等方式。直線電機驅動方式由于無聯軸器、絲杠螺母副、軸承等環節，故不存在這些環節所產生的彈性變形、摩擦、間隙等，從而使定位系統具有較高的定位精度及響應速度，但它容易發熱，控制復雜，存在端部效應及推力波動，且分辨率難以達到納米級；直線電機同壓電執行器相結合的宏微雙重驅動方式，可以很好地發揮目前技術已成熟的直線電機大行程定位技術與壓電執行器微定位技術的各自優勢，使整個系統具有較好的性能，但它是一個冗余系統，需要兩套定位系統，不可避免地使系統結構復雜化，并且需要兩套閉環控制系統，增加了控制系統的設計難度和復雜度；新型直線電機主要有磁致伸縮式直線電機、電致伸縮式直線電機、靜電式直線電機、壓電式直線電機，既可實現毫米、厘米級的大行程，又可實現納米級的高分辨率，其中壓電式直線電機具有體積小、位移分辨率高、輸出力大、響應速度快、快速運動時可忽略壓電執行器遲滯非線性的影響、不發熱等優點，在實際應用中更具有優勢。

壓電式直線電機按驅動原理不同又可分為超聲諧振式、慣性式、尺蠖式。超聲諧振式結構緊湊、體積小、重量輕，易實現小型化及輕量化，但由于用來驅動的摩擦力較小，所以輸出力較小，同時因摩擦磨損嚴重，故效率與運動精度相對較低；慣性式原理及結構簡單，可實現多自由度運動，但由于沒有箝位機構，定位保持困難，輸出力小；尺蠖式則克服了超聲諧振式輸出力小、效率與運動精度低以及慣性式輸出力小、定位不穩定的缺點，具有輸出力大、功率密度大、定位穩定等優點。

但目前的壓電尺蠖直線電機還存在以下不足：1、體積大、結構不緊湊。2、箝位機構的箝位位移或釋放位移大都由壓電執行器來提供，而壓電執行器的輸出位移往往很小，為使箝位機構能夠可靠地箝位與釋放，就要求箝位機構各零部件要有非常高的加工及裝配精度；并且，壓電執行器輸出位移較小還會使箝位機構不能充分箝位或釋放，若不能充分箝位，就會使得箝位機構的箝位力較小，電機運動穩定性降低，而若不能充分釋放，就會產生嚴重的摩擦磨損，降低電機的壽命。3、壓電執行器在預緊及工作過程中除受到壓力作用（壓電執行器在預緊及工作過程中僅允許受壓力作用）外，還受到剪力、彎矩、扭矩作用，而這三種力均會降低壓電執行器的使用壽命。4、電機不能自鎖（即不能斷電箝位），就是電機在不工作時，輸出軸不能被箝位機構夾緊。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單緊湊、對零部件加工和裝配精度要求低、壓電執行器僅受到壓力作用、可斷電箝位的壓電尺蠖直線電機。

一種壓電尺蠖直線電機，包括左箝位機構、右箝位機構、驅動機構和輸出軸，左箝位機構和右箝位機構對稱地設置在驅動機構的兩側，且依次首尾相接，輸出軸依次貫穿左箝位機構、驅動機構和右箝位機構；