[发明专利]一种交替划船式压电直线电机

说明书

本发明公开了一种交替划船式压电直线电机，由定子及其U形外框、连接块、动子及其弹性预压机构、底座组成；定子由两层定子组合体组成，定子组合体由位移放大机构、两组叠层压电陶瓷、柔性支撑、预紧机构、两个球面垫块组成；定子固定连接在U形外框内，U形外框的下框与连接块通过螺栓固定在底座上；弹性预压机构沿着U形外框的宽度方向设置在U形外框的两侧并与U形外框之间形成一定空隙，动子的接触平板包括设置在空隙内的第一部分，以及搭接在弹性预压机构上表面的第二部分；弹性预压机构在弹性形变产生的预压力作用下保持动子与定子的接触。给电机的四组叠层压电陶瓷施加相位依次延后90°电信号，可实现电机双驱动足的交替驱动。

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

利用压电陶瓷的逆压电效应，能够将电能转换为机械能。压电陶瓷具有响应快、精度高、尺寸小等优点，适合作为精密微位移机构的驱动器件。

然而，压电陶瓷在具有高刚度特点的同时也存在着应变小的局限。为了在有限的电场强度下获得更大的电致形变，将多层片状压电陶瓷机械串联，电学并联的方式制作的叠层压电陶瓷能够在较低的电压作用下获得微米级的变形。这类器件目前已经在超精密加工、光学精密工程、电子及生物医疗等诸多前沿技术领域得到应用。

为进一步扩大压电陶瓷的作动行程，实现从微米级向厘米甚至是分米级的跨越，两大类基于压电陶瓷激励的压电直线电机应运而生。

压电直线电机是将压电元件激励弹性体产生的微米幅值的机械振动通过摩擦耦合转化为动子直线运动的作动器。按上述弹性体振动方式的不同，压电直线电机可分为共振和非共振式两种。非共振式压电直线电机相对共振式更加稳定可靠。

根据摩擦耦合界面上是否存在法向接触力的变化，非共振压电直线电机可分为两大类：其中，惯性冲击式(CN111973338A)和差动箝位式(CN210093126U) 压电电机在接触面法向的作用力保持恒定；椭圆振动式(王寅,潘松,黄卫清, 余卿.三角位移转换式压电直线电机[J].光学精密工程,2016,24(08):1973-1979.)和多足交替驱动式(CN102195516A)在接触面法向存在法向力的波动。法向力的波动减少了摩擦力所作的无用功，能够延长电机的寿命，增大电机效率。

在法向力存在波动的非共振压电直线电机中，椭圆振动式的电机存在工作频率下限，且接触面上的做功过程始终处于相对滑动状态，相对来说，多足交替驱动式以较少的滑动摩擦甚至没有相对滑动的方式做功，具有推力大、效率高的优势。

多足交替驱动式压电直线电机中，现有技术方案存在着行程小、寿命短的问题。究其原因，这类方案直接利用叠层压电陶瓷的变形或者一定程度上采用柔顺放大机构来改变摩擦界面上的法向力，由于叠层压电陶瓷的变形仅有微米量级，这种方式能够产生的摩擦力十分有限。此外，摩擦界面的微观起伏可能引起箝位足的不完全脱离，以及长时间摩擦后引起的接触面磨损也会降低有限变形引起的箝位力。

发明内容

针对上述背景技术的不足，本发明提出一种一种交替划船式压电直线电机，其具有双足驱动、工作效率高、输出推力大、运动分辨率高等优点。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种交替划船式压电直线电机，包括：定子及其U形外框、连接块、动子及其弹性预压机构、底座；所述定子固定连接在U形外框内，U形外框的下框与连接块通过螺栓固定在底座上；所述弹性预压机构沿着U形外框的宽度方向设置在U形外框的两侧并与U形外框之间形成一定空隙，所述动子的接触平板包括设置在空隙内的第一部分，以及搭接在弹性预压机构上表面的第二部分；所述弹性预压机构在弹性形变产生的预压力作用下保持动子与定子的接触；

所述弹性预压机构安装在底座上。

在一较佳实施例中：所述定子由两层定子组合体组成；所述两层定子组合体沿着平行于上框和下框的方向延伸，并分别与上框和下框固定连接。