[发明专利]一种压电驱动器及其仿真方法

说明书

本发明公开了一种压电驱动器及其仿真方法，属于压电驱动技术领域。驱动器包括动子及底座，动子设置在底座上，还包括一体化成型的第一定子，所述第一定子设置在所述动子的轴向一侧；所述第一定子内设有第一钳位机构、第二钳位机构及固定部件，所述固定部件分别与所述第一钳位机构和第二钳位机构通过柔性铰链过渡连接，在所述第一钳位机构、第二钳位机构及固定部件围成的区域内，还设有驱动叠堆；所述第一钳位机构包括第一钳位部件及设置在所述第一钳位部件内的第一钳位叠堆，所述第二钳位机构包括第二钳位部件及设置在所述第二钳位部件内的第二钳位叠堆，所述固定部件固定在所述底座上。本发明能够实现高精度、大推力的直线输出。

技术领域

本发明属于压电驱动技术领域，更具体地，涉及一种压电驱动器及其仿真方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，精密和超精密运动平台成为科研工作者研究的热点之一。在很多领域，如机械加工、精密光学、微电子技术、半导体生产、智能机器人、生物医学以及航空航天等等，都需要高精度、大推力和高可靠性的精密驱动系统作为技术支持。因此，构建大行程、大推力、高精度、结构简单的运动平台就成为了目前主要的研究方向。

传统的精密驱动机构主要采用机械式传动，如齿轮、杠杆、凸轮、滑块、精密丝杠副、精密螺旋楔块等机构。这种传统的精密驱动机构由于传动系统复杂、结构累赘，并且存在传动间隙，其运动精度、定位精度以及频响性质等方面已经难以满足工业发展要求，故此产生了很多新型的精密驱动器。

压电驱动器对比其它诸多新型驱动器如磁致伸缩驱动器、形状记忆合金、电致伸缩驱动器等等，有着自己独特的优势。压电驱动器因其尺寸小、线性好、控制方便、无电磁干扰、位移分辨率高、频率响应好、能耗低、无噪声等特点，已成为一种理想的微位移驱动装置，非常适合在精密定位及小负载、高精度的机械传动等领域中应用，故广泛应用于扫描显微镜、生物医药及光学制造等行业。

近年来，研究人员研制了多种基于压电元件的微驱动、微定位平台，并将其应用于生物细胞显微操作、原子操作、微纳米压痕、航空摄像等系统中，取得了较好的应用效果。然而，由于压电元件的输出行程较小，通常为数微米，严重限制了压电驱动技术在更多领域中的应用。现有的基于压电元件的微驱动执行机构的输出行程较小，且推力和精度均不够。在航空航天领域，执行机构应满足大推力、大行程、重量轻、微型化、成本低、能耗小、耐高温等需求。目前市场上现有的执行结构无法同时满足上述需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种压电驱动器及其仿真方法，其目的在于将微/纳米级的输出精度与较大的输出行程相结合，实现高精度、大推力的直线输出。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种压电驱动器，包括动子及底座，所述动子设置在所述底座上，还包括一体化成型的第一定子，所述第一定子设置在所述动子的轴向一侧；所述第一定子包括第一钳位机构、第二钳位机构及固定部件，所述固定部件分别与所述第一钳位机构和第二钳位机构通过柔性铰链过渡连接，在所述第一钳位机构、第二钳位机构及固定部件围成的区域内，还设有驱动叠堆；所述第一钳位机构包括第一钳位部件及设置在所述第一钳位部件内的第一钳位叠堆，所述第二钳位机构包括第二钳位部件及设置在所述第二钳位部件内的第二钳位叠堆，所述固定部件固定在所述底座上。

进一步地，所述柔性铰链为单并联S形弹簧。

进一步地，所述第一钳位部件及第二钳位部件上设置有半圆形钳位铰链。

进一步地，所述第一钳位部件及第二钳位部件为摩擦足。

进一步地，所述第一钳位叠堆与第一钳位部件之间及第二钳位叠堆与第二钳位部件之间，设有预紧机构。

进一步地，所述预紧机构包括两个倒置放置的楔形块以及设置在底部楔形块上的预紧螺钉。

进一步地，所述第一钳位部件及第二钳位部件的一端设有支撑导轨。