[发明专利]一种对称式双足驱动非共振压电直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种非共振压电直线电机，属于压电精密致动技术领域。

背景技术

压电陶瓷的逆压电效应被应用在作动器上时具有高精度、快响应等特点，今年来得到广大研究者的青睐。为了使压电材料产生足够的变形输出，往往需要在压电片上施加较高的电压，同时结构的共振也被利用来放大压电材料的微变形，这增加了驱动电路的复杂程度，同时结构的共振随输入电信号的频率变化存在很强的非线性，这为作动器的控制带来了许多技术难题。

叠层压电陶瓷是从大电容技术中衍生出来的新型压电集成元件，可以在较低的驱动电压下获得较大的应变及较大的推力。采用叠层压电陶瓷构成的非共振压电电机具有响应快、精度高、行程大的特点，在半导体加工、光纤对接领域有着广阔的应用前景。

目前的非共振式压电电机主要问题在于叠层压电陶瓷的迟滞效应影响，导致压电直线电机的双向性能有一定的差异；双足定子的两个驱动足较难与动子导轨同时接触并保持相似的接触状态，导致了电机性能不够稳定；定子驱动足与动子采用点接触形式，使电机的推力受到了一定的限制。

发明内容

针对上述背景技术的不足，本发明的目的是提出一种对称式非共振压电直线电机，其具有结构简单、部件微小、运行稳定、定位精确、运动分辨率高、成本较低等优点。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种对称式双足驱动非共振压电直线电机，包括定子及其外壳、动子导轨、导向调节机构、预压力装置和底座；所述定子固定连接在其外壳内，形成一整体，外壳的前端设有动子导轨，后端连接预压力装置，左右两端分别与导向调节机构相连；所述预压力装置内设有预压弹簧，外壳在预压弹簧形变产生的回复力作用下，前端与动子导轨保持接触；所述定子及其外壳、动子导轨、预压力装置及导向调节机构均安装于底座上。

所述定子包括定子支撑板、驱动足以及叠层压电陶瓷，所述驱动足至少有两个，且对称设置；其中，每个驱动足的两端固定连接在成90°排布的叠层压电陶瓷上，并且通过叠层压电陶瓷连接在定子支撑板上；所述定子还包括铰链，所述铰链一端连接在驱动足上，另一端通过预紧螺钉固定在支撑板上。

在所述叠层压电陶瓷和定子支撑板支架还设有垫块，该垫块为半球形。

所述定子外壳为中空结构便于将定子安装于其中，定子与外壳间通过螺纹连接固接为一体；所述外壳上分布有两条对称的“π”型割缝，每条“π”型割缝的端点部设置有小孔，所述割缝与小孔构成柔性铰链用以承受结构沿与动子运动方向垂直方向的轻微变形。

所述导向调节机构至少有两个，且对称设置在外壳左右两端；其中一侧的导向调节机构包括预调梁、两个调节块以及支撑板，通过拴紧螺钉依次将支撑板、调节块以及预调梁由外向内固定在外壳上。

所述预压力装置包括预压力内杆、预压力弹簧、预压力支撑板、预压力外杆和压紧螺钉；所述预压力内杆与定子外壳后端接触，预压力弹簧设置于内杆上；所述预压力外杆穿过预压力支撑板上的圆孔压紧预压力弹簧，所述压紧螺钉将预压力外杆固定在某一位置用以提供稳定的预压力。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

该对称式双足驱动非共振压电直线电机中的压电元件采用压电叠堆，输出位移及输出力都较大，定位精度较高，结构工作在非共振模式下，不易受环境因素干扰，较采用压电陶瓷的共振电机更为稳定；

定子整体结构采用轴对称结构，确保了电机双向作动时性能的一致性；对称分布的两个导向调节机构的可以确保定子的两个驱动足与动子导轨保持良好的接触状态；

该压电直线电机电机可以在两种三相电信号输入下工作，工作模式容易实现；且各部件结构简单，加工难度小，连接方便。

附图说明

图1 为本发明对称式双足驱动非共振压电直线电机整体结构图；

图2 为压电电机定子及其外壳与预压力装置和导向机构结构分解图；

图3 为压电电机定子结构图；

图4 为压电电机在工作模式下的激励电压信号图；

图5 为压电电机在一个周期内的运动机理图；

其中：1-定子及其外壳；2-动子导轨；3-导向调节机构1；4-导向调节机构2；5-预压力装置； 6-底座；a-定子；b1、b2-预调梁；c1、c2-调节块；d1、d2-支撑板；e1、e2-拴紧螺钉；f-支持外壳；g-预压力内杆；h-预压力弹簧；i-预压力支撑板；j-预压力外杆；k-压紧螺钉；