[发明专利]菱形铰链斜槽式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种菱形铰链斜槽式正交驱动型压电粘滑直线马达，属于半导体加工与光学精密仪器等先进技术领域。

背景技术

压电粘滑直线马达是一种利用压电元件的逆压电效应，在非对称电信号激励下激发振子（或称定子）产生微幅振动，通过振子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的精密微纳驱动器。按照驱动工作原理的不同，压电粘滑直线马达主要分为共振型压电马达（也称超声波电机）与非共振型压电马达（也称压电粘滑马达）两大类。与共振型压电马达相比，非共振型压电粘滑直线马达具有定位精度高、结构简单紧凑以及控制方便等优点，被广泛应用于精密驱动与定位的技术领域。

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马达无法实现对整个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马达快速变形驱动阶段摩擦力的调控，进一步限制了压电粘滑直线马达的应用与发展。

发明内容

为解决已有压电粘滑直线马达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，劣化了驱动器输出性能等技术问题，本发明公开了一种菱形铰链斜槽式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种菱形铰链斜槽式正交驱动型压电粘滑直线马达由预紧力调节装置、定子和动子组成。所述预紧力调节装置由固定支座、载物台和预紧机构组成。所述固定支座设置固定导轨安装孔、固定导轨安装平面，用于安装动子；所述固定支座底部设置有安装螺纹孔，通过螺纹连接可实现与外围装置的固定；所述固定支座设置有滚动架，用于载物台的滑动；所述固定支座设置有锁紧保持架固定螺钉、锁紧保持架和紧固螺钉，所述紧固螺钉用于载物台的固定，通过调节紧固螺钉，可以实现对载物台的锁紧，防止加载后载物台移动；所述固定支座设置有保持架，用于支撑载物台；所述保持架安装有下底座限位螺钉，避免载物台滑出保持架；所述固定支座设置有弹簧，用于载物台的回程移动；所述固定支座设置有下弹簧拉杆，用于安装固定弹簧；所述固定支座设置有螺纹孔，其与预紧机构进行螺纹连接，实现预紧力调节功能。所述载物台设置有螺纹安装孔，用于安装定子；所述载物台设置有上限位螺钉，用于载物台的移动限位，避免载物台滑出保持架；所述载物台设置有上弹簧拉杆，配合下弹簧拉杆用于安装固定弹簧；所述载物台侧面设置有紧固螺纹孔，所述紧固螺纹孔与紧固螺钉螺纹连接；所述载物台设置有滑轨，用于载物台的移动。所述预紧机构与螺纹孔螺纹连接，通过调整预紧机构的旋进长度可以调节载物台的位置，实现预紧力调节装置对定子预紧力的调节。

所述定子包括斜槽式菱形运动转换器、压电堆叠、预紧螺钉和调整垫片。所述斜槽式菱形运动转换器采用斜槽式菱形结构的铰链。所述斜槽式菱形运动转换器设置有安装通孔，用于斜槽式菱形运动转换器与载物台上表面进行紧固连接；所述斜槽式菱形运动转换器设置有优弧形铰链、半圆形铰链及菱形铰链，用于改变斜槽式菱形运动转换器的轴向刚度分布；所述斜槽式菱形运动转换器设置有斜槽式驱动足，所述斜槽式驱动足设置有矩形斜槽、圆弧形驱动端，矩形斜槽长轴线与斜槽式菱形运动转换器轴线成一定偏转角度θ。所述矩形斜槽可将压电堆叠的轴向振动位移转换为圆弧形驱动端的侧向位移。所述圆弧形驱动端涂有摩擦材料，所述圆弧形驱动端驱动动子运动。定子采用斜槽式运动转换器，使其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，可实现对摩擦力的综合调控。所述预紧螺钉安装孔与预紧螺钉进行螺纹连接；所述压电堆叠的后端面与预紧螺钉之间设置有调整垫片，所述压电堆叠的前端面与斜槽式菱形运动转换器之间设置有调整垫片。所述压电堆叠前后端面设置调整垫片的目的是为了保护压电堆叠，防止其产生切应变或局部受力不均。通过调整预紧螺钉的旋进量，可实现对压电堆叠的轴向预紧调节。