[发明专利]双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法

摘要

一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，以解决当前压电粘滑直线马达由于采用单定子驱动所导致的输出推力小、行程短、精度低等技术问题。本发明由斜拉式定子组件、动子组件、滑动凸台、微位移调节装置和底座组成。所述斜拉式定子组件通过产生侧向位移，调整其与动子组件之间的接触正压力，以实现对摩擦力的综合调控；同时，本发明通过不同非对称电信号组合激励斜拉式定子组件，可实现输出加强型及运动急停型等多种驱动模式。本发明具有结构简单、负载能力强，且运动稳定等特点，在光学精密仪器和半导体加工等微纳精密驱动与定位领域中具有很好的应用前景。

主权项

1.一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，其特征在于：该双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法由斜拉式定子组件（1）、动子组件（2）、滑动凸台（3）、微位移调节装置（4）和底座（5）组成；其中，所述两个以压电叠堆为驱动源的斜拉式定子组件（1）并联固定在底座（5）上，所述动子组件（2）安装在滑动凸台（3）上，所述滑动凸台（3）安装在底座（5）上，所述微位移调节装置（4）安装在底座（5）上；所述斜拉式定子组件（1）包括方形垫片（1‑1）、铰链固定螺栓（1‑2）、基米螺钉（1‑3）、矩形结构铰链（1‑4）和压电叠堆（1‑5）；所述方形垫片（1‑1）和基米螺钉（1‑3）将压电叠堆（1‑5）固定在矩形结构铰链（1‑4）内；所述铰链固定螺栓（1‑2）固定安装矩形结构铰链（1‑4）；所述矩形结构铰链（1‑4）可采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti‑35A钛合金或Ti‑13钛合金材料；所述矩形结构铰链（1‑4）两侧设置有几何形柔性铰链（1‑4‑1）；所述矩形结构铰链（1‑4）后端部设置有铰链固定螺栓安装孔（1‑4‑2），通过铰链固定螺栓（1‑2）与铰链安装螺纹孔（5‑6）的螺纹连接将矩形结构铰链（1‑4）直接固定在滑动凸台（3）上；所述矩形结构铰链（1‑4）尾部设置有基米螺钉安装螺纹孔（1‑4‑3），基米螺钉（1‑3）安装在基米螺钉安装螺纹孔（1‑4‑3）内；所述矩形结构铰链（1‑4）设置有垫片限位槽（1‑4‑4）；所述矩形结构铰链（1‑4）两侧设置有刚性连接梁（1‑4‑5），所述同侧的几何形柔性铰链（1‑4‑1）通过刚性连接梁（1‑4‑5）进行连接；所述矩形结构铰链（1‑4）顶部设置有半圆形驱动足（1‑4‑6）；所述矩形结构铰链（1‑4）前端部设置有斜拉式运动转换梁（1‑4‑7），所述斜拉式运动转换梁（1‑4‑7）由直梁（1‑4‑7‑1）和斜梁（1‑4‑7‑2）组成。

2.根据权利要求1所述一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，其特征在于：所述动子组件（2）为双列交叉滚柱导轨；所述动子组件（2）包括固定导轨（2‑1）、外围装置安装螺纹孔（2‑2）、活动导轨（2‑3）、限位螺栓（2‑4）、导轨安装孔（2‑5）、导轨固定螺栓（2‑6）和滚柱保持架组件（2‑7）；所述外围装置安装螺纹孔（2‑2）可与外围装置连接；所述滚柱保持架组件（2‑7）分别与活动导轨（2‑3）和固定导轨（2‑1）接触；所述限位螺栓（2‑4）安装在固定导轨（2‑1）和活动导轨（2‑3）两端；所述导轨安装孔（2‑5）通过导轨固定螺栓（2‑6）与导轨安装螺纹孔（3‑1）螺纹连接将固定导轨（2‑1）固定在滑动凸台（3）的导轨安装平面（3‑2）上。

3.根据权利要求1所述一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，其特征在于：所述滑动凸台（3）包括导轨安装螺纹孔（3‑1）、导轨安装平面（3‑2）、微位移调节装置凹槽（3‑3）、上限位螺钉（3‑4）、支撑架（3‑5）、上弹簧固定螺栓（3‑6）和上滑动轨道（3‑7）；所述导轨安装螺纹孔（3‑1）与导轨固定螺栓（2‑6）螺纹连接；所述导轨安装平面（3‑2）固定安装动子组件（2）在滑动凸台（3）上；所述微位移调节装置凹槽（3‑3）与顶端解耦球头（4‑2）接触；所述上限位螺钉（3‑4）安装在上滑动轨道（3‑7）的两端；所述支撑架（3‑5）与滑动凸台安装平面（5‑3）接触；所述上弹簧固定螺栓（3‑6）配合下弹簧固定螺栓（5‑1）安装弹簧（5‑2）；所述上滑动轨道（3‑7）与球形滑动导轨（5‑8）接触。

4.根据权利要求1所述一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，其特征在于：所述微位移调节装置（4）包括手动调节螺杆（4‑1）和解耦球头（4‑2）；所述手动调节螺杆（4‑1）的外螺纹与微位移调节装置安装螺纹孔（5‑12）的内螺纹进行螺纹连接配合；所述解耦球头（4‑2）与微位移调节装置凹槽（3‑3）接触。

5.根据权利要求1所述一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，其特征在于：所述底座（5）包括下弹簧固定螺栓（5‑1）、弹簧（5‑2）、滑动凸台安装平面（5‑3）、铰链限位凸台（5‑4）、铰链安装平面（5‑5）、铰链安装螺纹孔（5‑6）、下限位螺钉（5‑7）、球形滑动导轨（5‑8）、垫块（5‑9）、底座安装孔（5‑10）、下滑动轨道（5‑11）和微位移调节装置安装螺纹孔（5‑12）；所述下弹簧固定螺栓（5‑1）配合上弹簧固定螺栓（3‑6）安装弹簧（5‑2）；所述滑动凸台安装平面（5‑3）与支撑架（3‑5）接触；所述铰链限位凸台（5‑4）限定斜拉式定子组件（1）的安装位置；所述铰链安装平面（5‑5）和铰链安装螺纹孔（5‑6）固定安装斜拉式定子组件（1）；所述下限位螺钉（5‑7）安装在下滑动轨道（5‑11）的两端；所述球形滑动导轨（5‑8）在上滑动轨道（3‑7）与下滑动轨道（5‑11）组成的滑轨内移动；所述垫块（5‑9）可与其他外围装置进行接触；所述底座安装孔（5‑10）可与其他外围装置进行固定安装；所述下滑动轨道（5‑11）与球形滑动导轨（5‑8）接触；所述微位移调节装置安装螺纹孔（5‑12）与微位移调节装置（4）螺纹连接。

6.根据权利要求1所述一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，其特征在于：所述几何形柔性铰链（1‑4‑1）可选用直圆形柔性铰链、直梁‑倒角形铰链、椭圆形柔性铰链、V形柔性铰链、直圆‑倒角形柔性铰链、直圆‑椭圆形柔性铰链、双曲线形柔性铰链或抛物线形柔性铰链，所述直圆形柔性铰链的高度为a₁，铰链厚度为b₁，直圆半径为c₁，其中b₁<a₁且2c₁<a₁；所述直梁‑倒角形铰链的高度为a₂，铰链厚度为b₂，直梁长度为c₂，其中b₂<a₂且c₂<a₂；所述椭圆形柔性铰链的高度为a₃，椭圆短轴长为2b₃，椭圆长轴长为2c₃，铰链厚度为d₃，其中b₃、c₃满足：x²/c₃²+y²/b₃²=1且(c₃>b₃>0)，d₃<a₃；所述V形柔性铰链的高度为a₄，铰链厚度为b₄，铰链宽度为c₄，V形角的角度为d₄，其中b₄<a₄，c₄<a₄且0^o<d₄<180^o；所述直圆‑倒角形柔性铰链的高度为a₅，铰链厚度为b₅，铰链宽度为c₅，直圆半径为d₅，其中b₅<a₅，c₅<a₅且d₅<c₅；所述直圆‑椭圆形柔性铰链的高度为a₆，柔性铰链厚度为c₆，椭圆短轴长为2b₆，椭圆长轴长为2d₆，直圆半径为e₆，其中b₆、d₆满足x²/b₆²+y₂/d₆²=1且(b₆>d₆>0)，c₆<a₆，2e₆<a₆；所述抛物线形柔性铰链的高度为a₇，抛物线的焦准距为b_7<