[发明专利]一种自配合高对称四摩擦力压电马达的相向摩擦驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及专利“摩擦力自配合的高对称四摩擦力压电马达”的驱动方法，特别涉及一种利用相向摩擦减阻力型驱动方法，属于压电定位器技术领域。

背景技术

压电材料具有电致伸缩效应，在施加少量电压后可产生纳米级别的稳定形变。压电马达则是通过特殊的结构设计将压电材料纳米级别的形变累积起来从而达到宏观尺度的位移量。压电马达因其行程大、精度高、结构紧凑的优势，被广泛的应用于各种需要精确定位的领域，如光学调焦，微机电产品加工等。压电马达特别适用于各种极端条件下的扫描探针显微镜，也是扫描探针显微镜的核心部件之一。

压电马达在实际应用中要增强自身的优势，则需要保证高精度、高刚性的同时能够缩小马达结构并提升自身推力。然而同时实现这些指标是有难度的：结构太小会限制推力，推力过大会带来精度的降低，小结构也会影响系统的刚性等。如何将优势统一在一起就是现在压电马达的技术难点和改进方向。

我们已于2011年提出并实现了一种摩擦力自配合的高对称四摩擦力压电马达，简称自配合高对称四摩擦力压电马达，详见中国发明专利授权公告号：CN103187900B，其结构是：四压电体中的两个压电体按形变方向串联的方式各以一端固定于所述中心体，构成第一双压电体串，另两个压电体也按形变方向串联的方式各以一端固定于该中心体，构成第二双压电体串，所述第一和第二双压电体串的压电形变方向平行，设置与四压电体在其形变方向上为滑动配合的导轨，在垂直于四压电体形变方向上设置将导轨与四压电体自由端相压的正压力，这四个正压力对导轨产生的最大静摩擦力是等值的。工作时，分处于第一和第二双压电体串且处于中心体同一侧的两个压电体同步收缩，同时，分处中心体另一侧的两个压电体也同步伸长；这一步之后，所述四压电体的自由端相对于导轨没有移动，但中心体相对于导轨前进了一步。接着，处于收缩状态的两个压电体分先后伸长；由于是分先后伸长，所以各个压电体伸长时，其自由端的摩擦力与其余三个自由端摩擦力方向相反且不能撼动其余三个自由端摩擦力的总和；这一步之后，上步中处于收缩的压电体的自由端相对于导轨前进了一步。随后，上步中处于伸长的压电体分先后收缩；同理，这一步之后，上步中处于伸长的压电体的自由端相对于导轨前进了一步。该专利提出的驱动方法中，推力来自余下三个压电体自由端的握持力，阻力约为推力的1/3，产生的推力不足；同时，克服静摩擦力发生相对导轨滑动的压电体材料仅为总压电材料的1/4，限制了夹持第一、二双压电体串的正向压力。

为了增大推力，我们于2014年提出并实现了一种利用相向摩擦力压制成的叠堆压电马达，详见美国《科学仪器评论》(Review of Scientific Instrument)2014年85期第056108页以及专利公开号为CN104953889A的已公开发明专利，其技术特征是：包括平行双轨体、垫片，两左、两右、一中共五个压电体，两左压电体把中压电体左端夹在中间，两右压电体把中压电体右端夹在中间，四个左右压电体两端的外侧固定有外垫片，构成双端三叠堆；该双端三叠堆通过其外垫片被平行双轨体弹性地夹持于其双轨之间。工作时，两左压电体静止(总摩擦力是大的)而两右压电体进行伸缩振动(从而总摩擦力减少)，同时中压电体伸长，这样，两个右压电体的外垫片就会在平行双轨体上沿该伸长的方向滑动。接着，让所述两个左压电体做伸缩振动(从而总摩擦力减少)而两个右压电体静止(总摩擦力是大的)，同时中压电体收缩，这样，两个左压电体的外垫片就会在平行双轨体上沿该收缩的方向滑动。由于两右压电体的相向运动大幅减小对中压电体伸长运动的阻碍，阻力与推力的比降至1/12(详见《美国仪器评论》2014年85期第056108页)，从而增加了马达推力。然而该结构也有缺点：五个压电体，结构相对复杂；中压电体只有部分压电体参与推进；两右压电体克服静摩擦力发生相对导轨滑动的压电体仅为总压电材料的1/6，限制了夹持第一、二压电体串的正向压力。

本发明提出一种针对专利“摩擦力自配合的高对称四摩擦力压电马达”的相向摩擦驱动方法，既保留了专利“摩擦力自配合的高对称四摩擦力压电马达”的结构优势，又结合了相向摩擦减阻力的原理，从而大幅增大马达推力和压电材料的利用率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术“摩擦力自配合的高对称四摩擦力压电马达”压电材料利用效率低，摩擦力配合复杂且困难的问题，提出一种相向摩擦驱动方法。

本发明实现上述目的的技术方案是：