[发明专利]一种直线型压电电机及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种直线型压电电机，包括动子、固定块和定子，定子包括接触杆、微位移放大机构和第一压电叠堆，接触杆第一端与动子中的动子滑块摩擦接触，推动动子滑块直线运动，接触杆第二端与第一压电叠堆面接触，第一压电叠堆另一端固定，接触杆第三端与固定块固定连接，接触杆第四端与微位移放大机构的驱动足接触，微位移放大机构为压电驱动机构；第一压电叠堆通过接触杆向动子滑块施加法向预紧力，微位移放大机构通过接触杆向动子滑块施加切向力。本发明利用压电叠堆输出电压作为动力源，基于非共振模态，经过接触杆的位移放大输出，来推动动子滑块的运动，具有结构简洁、控制性能好、电机运动精度高、电机可靠性高、适用范围广的优点。

技术领域

本发明涉及压电电机研究领域，特别涉及一种直线型压电电机及其驱动方法。

背景技术

超声电机是20世纪80年代开始发展起来的一种全新型微型特种电机。随着精密加工、机器人、光学仪器、MEMS操作的快速发展，超声电机研究变得越来越有需求化。超声电机所具有的断电自锁、快速响应和高位置分辨率，为精确定位控制提供了先天的良好条件。

直线型超声电机作为超声电机根据动子运动的一个分类，具有推重比大、响应快、低速大扭矩、控制性能好、有断电自锁等特点，在机器人、精密仪器仪表、医疗器械等领域得到广泛的应用，而且可直接产生直线运动推力，特别适合于小型、精密的直线运动装置的驱动和控制。

直线型压电电机可以根据压电元件对定子的激励方式分为共振式和非共振式。传统共振型压电直线电机的定子一般工作在共振状态，利用共振放大驱动足的振幅，而且施加在压电材料上的激励信号幅值、频率大小、相位差都有一定的严格要求，在温度变化时，还需要对压电材料激励信号的频率作适当的调节处理，以保持电机输出性能的稳定，如此一来超声电机驱动器设计电路比较复杂。另外，共振状态是一种不稳定的状态，电机工作频率容易受到很多因素的影响，比如电机加工上和装配上精度误差，存在频率一致性调节问题，往往难以进行优化从而改善频率一致性的问题，结果会导致电机会偏离工作共振频率，造成电机输出性能的下降甚至影响电机的正常运行，同时，电机定子在高频振动时会导致定子压电材料的疲劳损坏，特别是在电机在功率较大、温度较高时的工作环境更为严重，电机性能下降甚至损坏。

近年来，非共振压电电动机的发展出现了蓬勃发展，有研究人员提出利用压电叠堆在非共振条件下的特性，开发出具有高定位精度的压电电机，但目前的压电电机普遍存在冲程小和精度仍然较低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种直线型压电电机及其驱动方法，该电机具有结构简洁、控制性能好、电机运动精度高、电机可靠性高、适用范围广的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种直线型压电电机，包括底板，以及设置在底板上的动子、固定块和定子，定子包括接触杆、微位移放大机构和第一压电叠堆，所述接触杆第一端与动子中的动子滑块摩擦接触，推动动子滑块直线运动，接触杆第二端与第一压电叠堆面接触，第一压电叠堆另一端固定，接触杆第三端与固定块固定连接，接触杆第四端与微位移放大机构的驱动足接触，微位移放大机构为压电驱动机构；第一压电叠堆通过接触杆向动子滑块施加法向预紧力，微位移放大机构通过接触杆向动子滑块施加切向力。本发明利用压电叠堆输出电压作为动力源，基于非共振模态，经过微位移放大机构和接触杆的位移放大位移输出，来推动动子滑块的运动，使得电机直接输出力大，控制精度高，可应用于驱动控制平台上的精密定位，适用范围广，具有广阔的工业上的应用前景。

优选的，所述动子滑块在一滑块固定座上滑动，滑块固定座固定在底板上，滑块固定座开有槽。滑块固定座可通过螺丝等紧固到底板上，进而限制动子滑块在底板上的位置，同时，可在开槽内涂润滑材料，从而使接触杆拨动动子滑块时摩擦力减小，不会引入其他的位置误差。

更进一步的，在动子滑块与接触杆接触的一侧设有耐摩擦涂层，增加动子滑块的运动寿命以及保证电机运动的精度。