[发明专利]斜槽式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种斜槽式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法，属于微纳精密驱动与定位技术领域。

背景技术

压电粘滑直线电机是一种基于压电元件的逆压电效应，在非对称电信号激励下激发定子（或称振子）产生微幅高频振动，利用定子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的微纳精密压电粘滑直线电机。按照驱动原理的不同，压电粘滑直线电机主要分为共振型压电电机（也称超声波电机）与非共振型压电电机（也称压电粘滑电机）两大类。与共振型压电电机相比，压电粘滑直线电机具有结构简单紧凑、控制方便、定位精度高以及行程大等特点，被广泛应用于精密光学仪器、半导体加工等微纳精密驱动与定位技术领域。

压电粘滑驱动主要是将锯齿激励电信号施加于压电元件，激发定子产生快慢交替的运动变形，控制定子与动子在“粘”和“滑”两种运动状态之间相互转换，利用摩擦力驱动动子实现机械运动输出。然而，由于压电粘滑驱动缓慢与快速变形驱动阶段，定子与动子间摩擦力起到不同作用，具体为缓慢变形驱动阶段时表现为摩擦驱动力，而快速变形驱动阶段时表现为摩擦阻力。已有公开技术表明当前压电粘滑直线电机无法实现对整个粘滑驱动过程的摩擦力进行综合调控，导致其输出机械性能受限。特别在定子的快速变形驱动阶段，由于动子所受摩擦力与其运动方向相反，当动子惯性力不足以克服该摩擦阻力时，将会导致动子产生回退运动，表现为类锯齿状的不平稳运动输出，劣化输出性能，已有锯齿激励电信号无法实现对压电粘滑直线电机快速变形驱动阶段的摩擦力进行调控，进一步限制压电粘滑直线电机的应用与发展。

发明内容

为解决已有压电粘滑直线电机由于定子与动子间摩擦综合调控困难，所导致的机械输出特性受限，产生类锯齿状不平稳运动输出，劣化输出性能等技术问题，本发明公开一种斜槽式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述斜槽式菱形放大机构压电粘滑直线电机由预加载机构、斜槽式定子和动子组成。

所述预加载机构由固定底座、上移动板和手动调节螺钉组成。所述固定底座设置有动子安装基面和动子螺纹安装孔，通过螺纹连接安装固定动子；所述固定底座底部设置有锥形孔，用于与外围装置连接固定。所述固定底座设置有内侧固定导轨；所述内侧固定导轨设置有下导轨限位螺钉，避免上移动板滑出内侧固定导轨；所述固定底座设置有滚珠保持架组件，用于配合内侧固定导轨进行直线运动传递；所述固定底座端部设置有固定螺钉、锁紧保持架和锁紧螺栓，用于上移动板的固定，防止上移动板在电机工作时发生轴向窜动；所述固定底座设置有手动调节螺钉安装孔，通过与手动调节螺钉螺纹连接配合，实现斜槽式定子的预紧力调节；所述固定底座设置有安装弹簧和下弹簧固定销，用于实现上移动板的回程移动。所述上移动板设置有定子安装孔，用于安装斜槽式定子；所述上移动板设置有上导轨限位螺钉，用于限制上移动板的运动范围；所述上移动板设置有上弹簧固定销，用于固定安装弹簧的另一端；所述上移动板侧面设置有锁紧螺纹孔，通过与锁紧螺栓进行螺纹连接固定上移动板，上移动板设置有外侧移动导轨，用于带动上移动板运动。所述手动调节螺钉与手动调节螺纹孔进行螺纹连接，通过调整进给螺钉的旋进量可以调节上移动板的位置，实现预加载机构对斜槽式定子预紧力的调节。

所述斜槽式定子包括斜槽式菱形运动转换机构、垫块、压电叠堆和预紧调整螺栓。所述斜槽式菱形运动转换机构设置有定子固定孔，用于与上移动板的连接固定；所述斜槽式菱形运动转换机构设置有斜槽式菱形铰链，可将锯齿波电信号激励下压电堆叠的微位移放大。所述斜槽式菱形铰链设置有铰链短轴和铰链长轴，可改变斜槽式菱形铰链微位移放大倍数；所述斜槽式菱形铰链设置有刚性梁和柔性梁，可以进一步调节斜槽式柔性铰链的微位移放大倍数；所述斜槽式菱形运动转换机构设置有斜槽式运动转换器和驱动足，斜槽式运动转换器可将压电叠堆的振动时产生微位移转换为驱动足的侧向位移。由于轴向刚度分布不均而产生侧向位移，增大缓慢变形驱动阶段时摩擦驱动力，减小快速变形驱动阶段时摩擦阻力，实现对动子摩擦力的综合调控。所述驱动足端面涂有摩擦材料，通过驱动足实现动子运动输出；所述斜槽式菱形运动转换机构设置有预紧螺栓安装孔，用于压电叠堆预紧固定。所述压电叠堆的前后端面与预紧调整螺栓之间设置有垫块，目的是保护压电叠堆，防止其产生切应变或局部受力不均，通过预紧调整螺栓的旋进量，用于压电叠堆的轴向预紧力调节。