菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法技术

一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法，以解决当前压电粘滑直线马达由于摩擦力综合调控困难所导致的输出机械性能受限等问题。本发明专利技术由预紧力调节机构、拨片式定子和动子三部分组成；所述拨片式定子利用拨片式菱形运动转换器来产生侧向位移，增大摩擦驱动力，减小摩擦阻力；同时将摩擦调控波耦合叠加于拨片式定子快速变形阶段的锯齿驱动波中，从而降低快速变形阶段定、动子间摩擦阻力，实现对摩擦力的综合调控，显著提升压电粘滑直线马达的机械输出特性。本发明专利技术具有结构简单、精度高和行程大等特点，可广泛应用于半导体加工与光学精密仪器等先进技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种菱形铰链拨片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

技术介绍
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定子（或称振子）产生微幅振动，通过定子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的精密微纳马达。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，压电粘滑直线马达因具有结构简单、行程大、输出力大等优点，被广泛应用于半导体加工与光学精密仪器等先进
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。
技术实现思路
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，劣化输出性能等技术问题，本专利技术公开了一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法。本专利技术所采用的技术方案是：所述一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达由预紧力调节机构、拨片式定子和动子三部分组成。所述预紧力调节机构由下支撑台、预压滑台和预紧螺栓组成。所述下支撑台设置有动子安装孔和动子安装基准面，通过动子安装孔将动子固定于动子安装基准面上；所述下支撑台设置有锥形孔，通过锥形孔将下支撑台与外围装置固定；所述下支撑台设置有内侧固定导轨，内侧固定导轨安装有下导轨限位螺钉，用于避免预压滑台滑出内侧固定导轨；所述下支撑台设置有滚珠保持架，通过与内侧固定导轨配合使用；所述下支撑台设置有固定螺钉、锁紧保持架和锁紧螺栓，通过调节锁紧螺栓将锁紧保持架和预压滑台固定；所述下支撑台设置有预压弹簧和下弹簧固定销，通过预压弹簧和下弹簧固定销固连，用于实现预压滑台的回程运动；所述下支撑台设置有预紧螺栓安装孔，通过预紧螺栓和预紧螺栓安装孔的螺纹连接，实现预压滑台的固定。所述预压滑台设置有铰链安装孔，通过铰链安装孔将拨片式定子固定在预压滑台上；所述预压滑台设置有上导轨限位螺钉，用于限制预压滑台的运动范围；所述预压滑台设置有上弹簧固定销，用于固定预压弹簧的另一端；所述预压滑台端部设置有锁紧螺纹孔，通过与锁紧螺栓采用螺纹连接固定预压滑台；所述预压滑台设置有外侧固定导轨，通过滚珠保持架与内侧固定导轨间接接触。所述拨片式定子包括拨片式运动转换机构、叠堆型压电陶瓷、预紧螺钉和垫块。所述拨片式运动转换机构设置有铰链固定孔，通过铰链固定孔将拨片式定子与预压滑台连接固定；所述拨片式运动转换机构设置有端部直圆形柔性铰链和中部直圆形柔性铰链；所述拨片式运动转换机构设置有J形运动足，所述J形运动足可将受到锯齿波电信号激励的叠堆型压电陶瓷振动产生的微位移转化为拨片式定子的侧向位移输出，实现了摩擦力的综合调控；所述运动足端面摩擦陶瓷材料，有助于驱动活动导轨移动；所述拨片式运动转换机构设置有预紧螺钉安装孔，通过与预紧螺钉采用螺纹连接固定叠堆型压电陶瓷，所述叠堆型压电陶瓷的前端面与拨片式运动转换机构之间设置有垫块，叠堆型压电陶瓷的后端面与预紧螺钉之间设置有垫块。通过调整预紧螺钉的旋进量，可实现对叠堆型压电陶瓷的轴向预紧。所述动子包括固定导轨、活动导轨、滚柱保持架和导轨安装螺栓；所述固定导轨通过动子安装孔固定在动子安装基准面上，所述活动导轨端面相应涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述动子设置有滚柱保持架，固定导轨通过滚柱保持架与活动导轨间接接触，所述动子端部设置有导轨安装螺栓，用于限制活动导轨的运动范围。所述驱动方法中所采用的复合激励电信号由摩擦调控波复合叠加于拨片式定子快速变形阶段的锯齿驱动波中，所述驱动波为锯齿波，所述摩擦调控波为正弦波。其中锯齿驱动波周期为T1，激励电压幅值为V1，对称性为D，微幅摩擦正弦调控波周期为T2，激励电压幅值为V2，锯齿驱动波与微幅摩擦正弦调控波的周期比为T1/T2=10~100000，激励电压幅值比为V1/V2大于2。本专利技术的有益效果是：本专利技术由于采用具有摩擦力综合调控功能的拨片式定子结构，同时通过复合激励电信号进行激励，增大了拨片式定子缓慢变形阶段拨片式定子与动子间摩擦驱动力，降低了拨片式定子快速变形阶段拨片式定子与动子间摩擦阻力，实现了对压电粘滑直线马达整个驱动过程的摩擦力进行综合调控，抑制位移回退运动的产生，可显著提升压电粘滑直线马达的机械输出特性。与当前已有技术相比，本专利技术提出的压电粘滑直线马达输出力提升20%以上，输出速度提升30%以上，输出效率提升50%以上，位移回退率降低50%以上，开环条件下定位精度可达纳米级。附图说明图1所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的结构示意图；图2所示为本本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的预紧力调节机构的结构示意图；图3所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的预紧力调节机构的下支撑台结构示意图；图4所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的预紧力调节机构的预压滑台俯视结构示意图；图5所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的预紧力调节机构的预压滑台的仰视结构示意图；图6所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的拨片式定子结构示意图；图7所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的拨片式定子的拨片式运动转换机构结构示意图；图8所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的拨片式定子的拨片式运动转换机构局部放大结构示意图；图9所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的动子结构示意图；图10所示为本专利技术提出的菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达复合激励方法的电信号波形示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1~图9说明本实施方式。本实施方式提供了一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达的具体实施方案。所述一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达包括预紧力调节机构1、拨片式定子2和动子3组成。所述预紧力调节机构1由下支撑台1-1、预压滑台1-2和预紧螺栓1-3组成，其中预紧力调节机构1的下支撑台1-1和预压滑台1-2均采用不锈钢材料。所述下支撑台1-1设置有动子安装孔1-1-1和动子安装基准面1-1-8，通过动子安装孔1-1-1将动子2固定在动子安装基准面1-1-8上；所述下支撑台1-1设置有锥形孔1-1-2，通过锥形孔1-1-2将下支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达，其特征在于该菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达包括预紧力调节机构（1）、拨片式定子（2）和动子（3）；所述拨片式定子（2）固定安装在预紧力调节机构（1）上，动子（3）固定安装在预紧力调节机构（1）上。

【技术特征摘要】
1.一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达，其特征在于该菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达包括预紧力调节机构（1）、拨片式定子（2）和动子（3）；所述拨片式定子（2）固定安装在预紧力调节机构（1）上，动子（3）固定安装在预紧力调节机构（1）上。2.根据权利要求1所述的一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达，其特征在于预紧力调节机构（1）由下支撑台（1-1）、预压滑台（1-2）和预紧螺栓（1-3）组成；所述下支撑台（1-1）设置有动子安装孔（1-1-1）和动子安装基准面（1-1-8），通过动子安装孔（1-1-1）将动子（2）固定在动子安装基准面（1-1-8）上，下支撑台（1-1）设置有锥形孔（1-1-2），通过锥形孔（1-1-2）将下支撑台（1-1）与外围装置固定，下支撑台（1-1）设置有内侧固定导轨（1-1-9），内侧固定导轨（1-1-9）安装有下导轨限位螺钉（1-1-3），下支撑台（1-1）设置有滚珠保持架（1-1-4），下支撑台（1-1）设置有固定螺钉（1-1-5）、锁紧保持架（1-1-6）和锁紧螺栓（1-1-7），通过调节锁紧螺栓（1-1-7）将锁紧保持架（1-1-6）和预压滑台（1-2）固定，下支撑台（1-1）设置有预压弹簧（1-1-10）和下弹簧固定销（1-1-11），下支撑台（1-1）设置有预紧螺栓安装孔（1-1-12），通过预紧螺栓（1-3）和预紧螺栓安装孔（1-1-12）采用螺纹连接进行预压滑台（1-2）的固定；所述预压滑台（1-2）设置有铰链安装孔（1-2-1），通过铰链安装孔（1-2-1）将拨片式定子（2）固定，预压滑台（1-2）设置有上导轨限位螺钉（1-2-2）和上弹簧固定销（1-2-3），预压滑台（1-2）端部设置有锁紧螺纹孔（1-2-4），通过与锁紧螺栓（1-1-7）采用螺纹连接固定预压滑台（1-2），预压滑台（1-2）设置有外侧固定导轨（1-2-5），通过滚珠保持架（1-1-4）与内侧固定导轨（1-1-9）间接接触。3.根据权利要求1所述的一种菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达，其特征在于拨片式定子（2）包括拨片式运动转换机构（2-1）、叠堆型压电陶瓷（2-2）、预紧螺钉（2-3）和垫块（2-4）；所述拨片式运动转换机构（2-1）设置有铰链固定孔（2-1-1），通过铰链固定孔（2-1-1）将拨片式定子（2）固定在预压滑台（1-2）上，拨片式运动转换机构（2-1）设置有端部直圆形柔性铰链（2-1-2）和中部直圆形柔性铰链（2-1-5），拨片式运动转换机构（2-1）设置有J形运动足（2-1-4），拨片式运动转换机构（2-1）设置有预紧螺钉安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓晖，程廷海，陈栋，李哲，安冬，李博文，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22