[发明专利]一种基于杠杆放大的双足驱动非共振压电直线电机

说明书

技术领域

本发明属于压电精密制动应用技术领域，特别涉及一种基于杠杆放大的双足驱动非共振压电直线电机。

背景技术

压电直线电机是一种新型的直线作动机构，近几年发展迅速，引起了国内外研究人员的广泛关注，其利用了压电材料的逆压电效应，一般具有特定的结构形式。压电直线电机具有较高的推重比，易于微型化，能直接产生直线输出、结构简单、响应快、位置和速度控制精度高、无电磁干扰等优点，可以满足高新技术对精密定位技术的要求。当前，研究者们已经研发出种类繁多的压电直线电机，其中一些实现了商品化。

根据压电器件对驱动足激振方式的不同，压电直线电机可分为共振式和非共振式两种：共振式压电直线电机利用压电元件激发定子弹性体的共振，从而得到放大的变形，再由这种变形来驱动，主要有驻波型、行波型、声表面波型及模态复合型等；非共振式压电直线电机大都采用自身变形较大（可达微米级）的叠层式压电元件作为驱动元件，主要有直接驱动式、尺蠖原理式、位移放大式及惯性冲击式。

在非共振式压电直线电机中，直接驱动式电机直接利用压电元件的变形驱动，位置分辨率高，输出推力较大，但是行程较小；尺蠖原理式电机利用多个压电元件间的特定关系的交替驱动和箝位实现高精度步进，具有大行程，但是该种电机对加工精度要求很高，输出推力通常较小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于杠杆放大的双足驱动非共振压电直线电机，采用叠层压电陶瓷作为主要驱动元件，通过在定子组合体上合理布置叠层压电陶瓷的位置，利用杠杆机构与铰链机构实现叠层压电陶瓷的位移放大输出，使得该压电直线电机可输出较大的直线速度以及推力，理论上具有相等的双向输出性能，能产生较大的行程，精度高，稳定性好。解决了现有技术中由于叠层压电陶瓷输出位移较小，加工误差导致的电机输出稳定性较低等问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本发明的一种基于杠杆放大的双足驱动非共振压电直线电机，包括一个定子组合体、直线导轨、预紧装置、定子固定板和底板；所述定子组合体固定连接在定子固定板上，定子组合体的前端设有动子导轨，后端连接预紧装置；所述预紧装置内有预紧弹簧，子组合体在预紧弹簧形变产生的压力作用下，前端与动子导轨保持接触；所述动子导轨、预紧装置及定子固定板均安装于底座上

所述定子组合体包括定子结构体、叠层压电陶瓷、垫块以及预紧螺钉；所述定子组合体包含两个驱动足，所述驱动足上下布置。

所述定子结构体分为定子主体以及定子安装板，所述定子主体和定子安装板之间通过平行四边形柔性铰链机构连接。

所述定子主体中有两组平行四边形柔性铰链机构，所述两组平行四边形柔性铰链机构串联布置并且所产生的位移互相垂直。

所述定子主体的L型外围的每个侧边上都有孔，螺钉穿过孔和平行四边形柔性铰链机构上的螺纹孔连接。

所述的叠层压电陶瓷需要与两块半圆形的垫块配合安装，垫块的平面部分和叠层压电陶瓷接触，所述垫块的弧面部分和定子主体接触。

所述预紧装置包括预紧支撑块、预紧块、预紧弹簧、预紧顶块以及锁紧螺钉；所述预紧支撑块固定在底板上，预紧支撑板上有螺纹孔，用于与锁紧螺钉的配合，推动预紧顶块压缩预紧弹簧使得预紧块顶紧定子组合体，拧紧锁紧螺钉完成预紧力的施加。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

该双足驱动非共振压电直线电机中的压电元件采用压电叠堆，输出位移及输出力都较大，定位精度较高，结构工作在非共振模式下，不易受环境因素干扰，较采用压电陶瓷的共振电机更为稳定；

定子组合体结构小巧，上下分布的两个驱动足与动子导轨能够保持良好的接触状态；

各部件结构简单，加工难度小，连接方便。

附图说明

图1为压电直线电机的结构示意图；

图2为压电直线电机定子组合体部分的结构分解图；

图3为压电直线电机中预紧装置的结构分解图；

图4为压电直线电机在工作模式下的激励电压信号图；

图5为压电直线电机在一个周期内的运动机理图；

其中，图中的标识为：1-定子组合体；2-滑轨；3-底板；4-定子固定板；5-预紧装置

11-叠层压电陶瓷组；12-定子安装板；13-螺钉；14-定子主体。

51-螺钉；52-预紧块；53-预紧弹簧；54-预紧支撑板；55-预紧顶块；56-锁紧螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：