[發明專利]一種結構一體化式壓電尺蠖直線電機

有效

• 申請號: 201711128150.0
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107733280B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 崔玉國;王子賓;李錦棒;馬劍強;楊依領;劉爾春;張志豪
• 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

一種結構一體化式壓電尺蠖直線電機，包括左箝位機構、右箝位機構、驅動機構和輸出軸，驅動機構位于左鉗位機構和右箝位機構之間，左箝位機構和右箝位機構分別具有各自的第一箝位體、第二箝位體和箝位驅動組件；驅動機構包含左剛性部、右剛性部、中間剛性部、預緊彈性部、柔性薄板、驅動用壓電執行器；預緊彈性部和中間剛性部之間設有裝夾驅動用壓電執行器的裝夾位；輸出軸一次貫穿左剛性部、驅動用壓電執行器和右剛性部，左剛性部和中間剛性部之間設有預緊驅動用壓電執行器的預緊螺釘，左箝位機構設有用于插入驅動用壓電執行器預緊螺釘的空位。本發明具有箝位機構與驅動機構集成為一體、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，特別涉及一種結構一體化式壓電尺蠖直線電機。

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。

壓電尺蠖直線電機便是一種具有大行程、高分辨率的精密驅動器，它是基于尺蠖運動原理，將壓電執行器的單步微小位移進行累積，來實現大行程、高分辨率的。相對于直線電機、直線電機同壓電執行器相結合方式、磁致伸縮式直線電機、電致伸縮式直線電機、靜電式直線電機等大行程、高分辨率驅動器，壓電尺蠖直線電機具有體積小、位移分辨率高、輸出力大、響應速度快、不發熱等優點；而相對于超聲諧振式、慣性式等其他壓電直線電機，尺蠖運動式壓電直線電機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) 結構為分體式，即先分別設計、制作出箝位機構、驅動機構，然后再將它們裝配成一體，由于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，所以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；分體式結構還會使箝位機構與驅動機構之間的接觸剛度降低，阻尼增大，進而使電機的固有頻率降低，動態響應特性變差。2) 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，而這三種作用均會降低壓電執行器的使用壽命。3) 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

本發明的目的在于提供一種將箝位機構與驅動機構集成為一體、壓電執行器僅受到壓力作用、可斷電箝位的結構一體化式壓電尺蠖直線電機。

一種結構一體化式壓電尺蠖直線電機，包括左箝位機構、右箝位機構、驅動機構和輸出軸，驅動機構位于左箝位機構和右箝位機構之間，左箝位機構和右箝位機構分別具有各自的第一箝位體、第二箝位體和使第一箝位體和第二箝位體相向或反向運動的箝位驅動組件，輸出軸裝夾在第一箝位體和第二箝位體之間；驅動機構包含與左箝位機構一體的左剛性部，與右箝位機構一體的右剛性部，通過柔性薄板與右剛性部連接的中間剛性部，連接左剛性部與中間剛性部的預緊彈性部，連接右剛性部與中間剛性部的柔性薄板，驅動用壓電執行器和驅動用壓電執行器預緊螺釘；預緊彈性部和中間剛性部之間有裝夾驅動用壓電執行器的裝夾位；輸出軸一次貫穿左剛性部、驅動用壓電執行器和右剛性部，左剛性部和中間剛性部之間設有預緊驅動用壓電執行器的預緊螺釘，左箝位機構設有用于插入驅動用壓電執行器預緊螺釘的空位。左箝位機構、右箝位機構和驅動機構組成機體，機體為一體化結構。