[发明专利]压电-液压混合直线型步进电机及其工作方法

权利要求书

1.一种压电-液压混合直线型步进电机，包括定子、动子及底座，其特征在于，所述动子通过导轨连接在底座上，所述定子设置于底座上，定子包括驱动足以及弹性预紧机构，在弹性预紧机构的预紧力下，定子上的驱动足和动子在整个电机工作周期中始终保持紧密接触；

所述驱动足包括横向振动块、纵向振动框、固定块、一组平行导轨布置的横向压电叠层和一个垂直于导轨布置的振动液压缸；

所述横向振动块设置于纵向振动框内部，横向振动块的两侧分别通过一个横向压电叠层与纵向振动框预紧连接；

所述固定块平行设置在所述纵向振动框的下方，固定块和纵向振动框之间通过所述振动液压缸连接。

2.根据权利要求1所述的压电-液压混合直线型步进电机，其特征在于，所述弹性预紧机构包括：支座以及两片预压板簧，其中，所述的支座上设有沿垂直导轨方向布置的通槽，驱动足设置在所述通槽内，所述通槽的上、下两端分别设有一片所述预压板簧，在预压板簧的夹紧力下，定子上的驱动足和动子在整个电机工作周期中始终保持紧密接触。

3.根据权利要求2所述的压电-液压混合直线型步进电机，其特征在于，每片所述预压板簧包括：环形框架结构、柔性铰链和方板；环形框架结构的短边和方板通过柔性铰链连接，环形框架上设有与支座固定连接的圆孔，方板上设有与驱动足固定连接的通孔。

4.根据权利要求2所述的压电-液压混合直线型步进电机，其特征在于，所述支座上位于通槽的两侧分别设有与底座相固定以及导向作用的通孔，支座上位于通槽的上、下两端分别设有用于与两片预压板簧固定连接的螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的压电-液压混合直线型步进电机，其特征在于，所述横向振动块在垂直导轨方向上通过两个平行布置的悬臂柔性梁与纵向振动框连接。

6.根据权利要求1所述的压电-液压混合直线型步进电机，其特征在于，所述横向压电叠层和纵向振动框之间设有平行于导轨方向安装的导向块。

7.根据权利要求6所述的压电-液压混合直线型步进电机，其特征在于，所述导向块在垂直导轨方向上通过柔性铰链与纵向振动框柔性连接，在纵向振动框的外部设置有用于调节所述横向压电叠层与纵向振动框之间松紧度的预紧螺栓。

8.一种基于权利要求1所述的压电-液压混合直线型步进电机的工作方法，其特征在于，分别用对称的周期信号激励平行于导轨方向布置的两个横向压电叠层，用非对称的周期信号激励垂直于导轨方向的振动液压缸，实现电机定子和动子之间的摩擦驱动特性在驱动阶段和回程阶段具有明显差异，从而使得动子在驱动阶段的运动距离大于在回程阶段的运动距离，上述非对称的位移输出特性使得在驱动阶段和回程阶段，电机定子和动子之间存在着不同的摩擦驱动特性，从而在驱动阶段和回程阶段电机动子的运动存在一个位移差，即差动式位移。

9.根据权利要求8所述的压电-液压混合直线型步进电机的工作方法，其特征在于，包括正向差动摩擦驱动过程和反向差动摩擦驱动过程：其中，

正向差动摩擦驱动过程：在一个作动周期内，电机的动作时序如下：

驱动阶段，用对称矩形周期信号激励振动液压缸，在前半个周期，振动液压缸的激励电压为最大值，振动液压缸的活塞杆迅速伸长，电机定子和动子之间的接触正压力最大；同时用相位相差半个周期的三角波信号分别激励两个横向压电叠层，使得位于纵向振动框左侧的横向压电叠层伸长、而位于纵向振动框右侧的横向压电叠层回缩，从而通过定子和动子接触面的摩擦力带动动子向右运动，产生的位移为Δx₁；

回程阶段：后半个周期，振动液压缸的激励电压相对于驱动阶段大幅下降，振动液压缸的活塞杆迅速收缩直至初始状态，此时电机定子和动子之间的接触正压力最小；同时用相位相差半个周期的三角波信号分别激励两个横向压电叠层，此时三角波信号处于降坡阶段，使得位于纵向振动框右侧的横向压电叠层伸长、而位于纵向振动框左侧的横向压电叠层回缩，此时的定子和动子间存在初始正压力，所以在摩擦的作用下定子带动动子向左运动，产生位移为Δx₂；

综上，由于横向振动块在驱动阶段和回程阶段的位移相等，但是驱动阶段时定子和动子之间的摩擦力大于回程阶段时定子和动子之间的摩擦力，所以Δx₁＞Δx₂，从而动子在整体上实现正向的差动位移Δx；

反向差动摩擦驱动过程：如果在驱动阶段，振动液压缸的激励电压为最小值，在回程阶段，振动液压缸的激励电压为最大值，其他条件不变；则能够实现整个运动周期内动子沿反向有一差动位移Δx。