[发明专利]压电驱动器及可双向切变的高精度长行程压电直线电机

说明书

本发明公开一种压电驱动器及可双向切变的高精度长行程压电直线电机，该压电驱动器包括压电陶瓷、用于将所述压电陶瓷的变形位移进行放大并换向的杠杆桥式放大机构以及设置在所述杠杆桥式放大机构上用于实现位移驱动的切变机构，所述切变机构包括上横梁、下横梁以及设置在所述上横梁与所述下横梁之间的多个柔性机构，多个柔性机构沿着横向方向排列，所述柔性机构的上端与所述上横梁连接，所述柔性机构的下端与所述下横梁连接，所述上横梁与所述杠杆桥式放大机构连接。该压电驱动器结构简单，驱动效率高，驱动的过程中不会产生摩擦损坏，驱动负载大，成本较低。

技术领域

本发明涉及压电直线电机技术领域，具体涉及一种压电驱动器及可双向切变的高精度长行程压电直线电机。

背景技术

压电电机是利用压电体的压电逆效应进行机电能量转换的电动机。目前，主流的压电电机分为压电驱动行走电机和惯性驱动式电机；其中，压电驱动行走电机也被称为尺蠖电机，是多个压电作动器被用于交替的箝位和移动动子。惯性驱动式电机由于运动面与接触点的摩擦力，运动面会随着压电陶瓷一起运动，当压电陶瓷到最大形变量时，施加快速降低的电压使压电陶瓷快速回缩到初始状态；由于惯性，运动面保持静止，而压电陶瓷回复到了初始状态，如此往复，压电电机就可实现连续的直线运动。

现有的压电驱动行走电机，例如，申请公布号为CN113824351A的发明专利申请公开了一种尺蠖型压电推杆电机及其迟滞特性补偿方法，该电机包括：外壳，运动推杆，驱动单元，PCB霍尔传感器，磁编码贴片，直线轴承和驱动控制器；所述驱动单元包括压电陶瓷堆叠和陶瓷片，使用螺栓将驱动单元固定在外壳内部，运动推杆安装在外壳、驱动单元、限位单元和外壳端盖的中心孔中；将直线轴承安装在外壳与运动推杆之间，在外壳端盖对应位置开有圆形孔，使得推杆电机能够始终保持直线运动。上述电机为基于仿生学中的尺蠖爬行原理，利用逆压电效应将电能转化为机械能的新型尺蠖型压电推杆电机，虽然具有体积小、动作连续、推力大、精度高、易于控制等优点。但是，仍然存在以下不足：

压电驱动行走电机（尺蠖电机）一般包含夹持动作和拖动动作；上述电机中，对称放置的压电陶瓷堆叠是为了实现夹持作用，压电陶瓷剪切片是为了实现拖动作用，通过夹持动作与进行拖动动作的不断循环实现电机驱动，由于驱动过程中，存在夹持的动作会影响电机的驱动效率；而且压电陶瓷堆叠和压电陶瓷剪切片不是一体的，压电陶瓷之间的结合需要特定粘合剂，而粘合剂受的压力不可以过大，使得该电机可驱动负载比较小；另外，采用压电陶瓷堆叠和压电陶瓷剪切片两种压电陶瓷，成本会比较高。

现有的惯性驱动式电机，例如，申请公布号为CN112104258A的发明专利申请公开了一种夹钳式惯性压电直线电机，包括定子固定框和输出杆，所述定子固定框为中空结构，所述定子固定框两端分别连接左杠杆和右杠杆，所述左杠杆和右杠杆上下两端分别水平设置有上夹钳块和下夹钳块，两个所述下夹钳块之间放置有楔块，所述定子固定框内设置有环形叠层压电陶瓷，所述环形叠层压电陶瓷的上端抵靠在定子固定框上端的内表面，所述环形叠层压电陶瓷的下端抵靠在楔块上端，所述输出杆向下依次穿过定子固定框、环形叠层压电陶瓷、楔块，所述输出杆下端伸出楔块。上述直线电机采用了夹钳式结构，左右杠杆可以调整，满足不同的精度需求；同时夹钳式结构可以在实现高精度的同时通过增大工作时夹钳与输出杆间的正压力与摩擦力来提高输出推力。但是，上述直线电机仍然存在以下不足：

上述直线电机中的输出杆向下依次穿过定子固定框、环形叠层压电陶瓷、楔块，输出杆在运动时，会与固定框、环形叠层压电陶瓷、楔块产生摩擦，驱动的过程主要通过静摩擦和动摩擦交替转换，动摩擦极易对各个零件的接触面产生损坏，而且采用静摩擦和动摩擦交替转换驱动方式，会限制了直线电机驱动效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种压电驱动器，该压电驱动器结构简单，驱动效率高，驱动的过程中不会产生摩擦损坏，驱动负载大，成本较低。

本发明的另一个问题在于提供一种可双向切变的高精度长行程压电直线电机。

本发明的目的通过以下技术方案实现：