[發明專利]拓展慣性力以提高壓電驅動器性能的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110430001.X
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113078844B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 黃虎;劉艷偉;徐智
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

1.一種拓展慣性力以提高壓電驅動器性能的裝置，其特征在于：所述的壓電驅動器包括螺旋測微頭（1）、底座（2）、導軌（3）、運動單元和慣性力拓展單元；其中導軌（3）的滑軌用螺釘（4）緊固在底座（2）上，螺旋測微頭（1）采用過盈配合的方式安裝在底座（2）上，通過旋轉螺旋測微頭（1）的旋轉手柄調整滑軌與導軌（3）的滑塊之間的正壓力，進而調節滑塊受到的摩擦力，運動單元通過螺釘（4）與導軌（3）的滑塊相連，慣性力拓展單元固定在運動單元的右端；

所述的運動單元由L形支撐架（5）、柔性鉸鏈（6）、壓電疊堆（7）、楔形塊（8）、慣性質量塊（9）組成；所述的楔形塊（8）將壓電疊堆（7）預載安裝在柔性鉸鏈（6）的凹槽內；慣性質量塊（9）用螺釘（4）緊固在柔性鉸鏈的自由端；柔性鉸鏈（6）通過螺釘（4）安裝在L形支撐架（5）的豎直邊；用螺釘（4）將L形支撐架（5）的水平邊與導軌（3）的滑塊相連；

所述的慣性力拓展單元包括永磁鐵（10）、永磁鐵對（11）、簧片（14）、固定塊A（12）和固定塊B（13）；其中永磁鐵（10）吸附在運動單元的慣性質量塊（9）上，永磁鐵對（11）吸附在簧片（14）兩側，永磁鐵（10）與永磁鐵對（11）同磁極相對，形成互斥的磁場作用力；簧片（14）通過固定塊A（12）和固定塊B（13）夾持并用螺釘（4）固定在L形支撐架（5）的水平邊。

2.一種根據權利要求1所述的拓展慣性力以提高壓電驅動器性能的裝置的驅動方法，其特征在于：利用慣性質量塊（9）的慣性力和簧片（14）的彈性變形恢復力同時作用于運動單元，使運動單元向前步進；其中，用互斥磁場作用力使簧片（14）產生變形作為拓展慣性力的方式，增加位移輸出提高驅動器輸出性能；具體包括以下步驟：

a）微調螺旋測微頭（1）的旋轉手柄，調節滑軌與導軌（3）之間的正壓力；

b）給壓電疊堆（7）施加鋸齒波形的驅動電壓，在驅動電壓緩慢上升過程中，逆壓電效應使壓電疊堆（7）緩慢伸展，柔性鉸鏈（6）中的柔性關節發生彈性變形，自由端線性伸長帶動慣性質量塊（9）產生水平線性位移，永磁鐵（10）和永磁鐵對（11）之間的距離減小，在互斥的磁場作用力的作用下，永磁鐵對（11）產生向右的位移，簧片（14）因上端受到磁場作用力而發生彈性變形并存儲彈性變形能；

c）當驅動電壓迅速下降時，壓電疊堆（7）快速失電，迅速恢復原長，柔性鉸鏈（6）和慣性質量塊（9）快速恢復，永磁鐵（10）和永磁鐵對（11）之間距離增大，簧片（14）釋放彈性變形能，恢復變形，集中形成為總慣性力；由于慣性力大于導軌（3）的滑塊受到的摩擦力，故運動單元在總慣性力作用下向前運動一個步長；到此完成一個完整的步進周期，在周期性鋸齒波驅動電壓下，實現驅動器的連續步進運動。

3.根據權利要求2所述的拓展慣性力以提高壓電驅動器性能的裝置的驅動方法，其特征在于：通過改變慣性力拓展單元中的磁場的大小以及簧片（14）的尺寸即可實現輸出性能的調節。