斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法技术

一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法，以解决当前压电粘滑直线电机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。本发明专利技术由基座、预加载组件、斜梯型定子和动子组成；所述定子的斜梯型振幅放大转换机构可实现微位移放大，利用其轴向刚度分布不均产生侧向位移的同时，既可增大摩擦驱动力，又可减小摩擦阻力。同时将摩擦调控波耦合叠加于斜梯型定子快速变形驱动阶段的锯齿驱动波中，从而降低快速变形驱动阶段定、动子间摩擦阻力，实现对摩擦力的综合调控，提升压电粘滑直线电机的机械输出特性。本发明专利技术因具有结构紧凑、装配方便、定位精度高以及行程大等特点可以广泛应用于半导体加工等微纳精密驱动与定位技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法，属于微纳精密驱动与定位

技术介绍
压电粘滑直线电机是一种基于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）产生微幅高频振动，利用定子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的微纳精密压电粘滑直线电机。按照驱动原理的不同，压电粘滑直线电机主要分为共振型压电电机（也称超声波电机）与非共振型压电电机（也称压电粘滑电机）两大类。与共振型压电电机相比，压电粘滑直线电机具有结构简单紧凑、控制方便、易装配、定位精度高及行程不受限等优点，被广泛应用于半导体加工、精密光学仪器等微纳精密驱动与定位
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驱动阶段，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电机无法实现对整个粘滑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电机快速变形驱动阶段的摩擦力进行调控，进一步限制压电粘滑直线电机的应用与发展。
技术实现思路
为解决已有压电粘滑直线电机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，本专利技术公开一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法。本专利技术所采用的技术方案是：所述一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机包括基座、预加载组件、斜梯型定子和动子。所述基座采用不锈钢材料，采用“L”型结构设计，包括基座安装孔、预加载组件安装孔、动子安装基面和动子安装螺纹孔。所述基座安装孔，通过螺栓与外围平台固定连接，所述预加载组件安装孔，通过螺纹连接将预加载组件固定在基座上；所述动子安装基面和动子安装螺纹孔，通过动子安装螺纹孔将动子固定在动子安装基面上。所述预加载组件由下固定板、上移动板、手动调节螺杆和锁紧螺杆四部分组成。所述下固定板设置有手动调节螺杆安装孔，通过与手动调节螺杆采用螺纹连接预紧上移动板；所述下固定板设置有弹簧固定螺钉和预压弹簧，用于实现上移动板的回程运动；所述下固定板设置有导轨固定架，导轨固定架安装有导轨限位螺钉，避免上移动板滑出下固定板；所述下固定板设置有沉头孔，通过基座将下固定板与基座固连；所述下固定板设置有锁紧保持架和固定螺钉，通过锁紧保持架与上移动板的锁紧。所述上移动板设置有定子安装孔，通过定子安装孔将斜梯型定子安装在上移动板上；所述上移动板设置有锁紧螺纹孔，通过与锁紧螺杆采用螺纹配合来固定上移动板。所述斜梯型定子包括斜梯型振幅放大转换机构、调整垫片、叠堆型压电陶瓷致动器和预紧调整螺栓。所述斜梯型振幅放大转换机构设置有定子固定孔，通过定子固定孔将斜梯型定子安装到上移动板上；所述斜梯型振幅放大转换机构采用斜梯型菱形铰链结构，斜梯型菱形铰链设置有铰链长轴和铰链短轴，可以改变斜梯型菱形铰链的微位移放大倍数。所述斜梯型振幅放大转换机构设置有斜梯型运动转换器，斜梯型运动转换器设置有直驱梁和斜驱梁，可调节斜梯型振幅放大转换机构的轴向偏转刚度，可以实现对摩擦力的综合调控。所述斜梯型振幅放大转换机构设置有驱动足，驱动动子实现运动输出。所述斜梯型振幅放大转换机构设置有预紧调整螺栓安装孔，通过与预紧调整螺栓采用螺纹连接实现叠堆型压电陶瓷致动器预紧固定。所述叠堆型压电陶瓷致动器的前后端面与预紧调整螺栓之间设置有调整垫片，目的是保护叠堆型压电陶瓷致动器，防止其产生切应变或局部受力不均，并通过调节预紧调整螺栓的旋进量，可改变叠堆型压电陶瓷致动器的轴向预紧力。所述动子包括固定滑轨、滚柱保持架、双列交叉滚柱导轨安装螺栓、运动滑轨和端部限位螺钉。所述固定滑轨通过动子安装螺纹孔安装固定于动子安装基面上；所述运动滑轨端面涂有陶瓷类摩擦材料，运动滑轨通过滚柱保持架与固定滑轨间接接触；所述双列交叉滚柱导轨安装螺栓通过螺纹连接安装固定滑轨。所述激励方法中所采用的复合激励电信号由摩擦调控波耦合叠加于斜梯型定子快速变形驱动阶段的锯齿驱动波中，所述摩擦调控波为正弦波；所述激励方法可减小快速变形驱动阶段斜梯型定子与动子之间的摩擦阻力，抑制回退运动产生，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：本专利技术采用具有摩擦力综合调控功能的斜梯型定子结构，并通过耦合激励电信号进行激励，增大斜梯型定子缓慢变形驱动阶段斜梯型定子与动子间摩擦驱动力，降低斜梯型定子快速变形驱动阶段斜梯型定子与动子间摩擦阻力，实现对压电粘滑直线电机整个驱动过程的摩擦力的综合调控，可显著提升压电粘滑直线电机的机械输出特性，降低位移回退率，开环条件下定位精度可达纳米级。与当前已有技术相比，具有结构紧凑与控制方便等优点，输出力提升10%以上，输出速度提升50%以上，输出效率提升60%以上。附图说明图1所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机的结构示意图；图2所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机的基座结构示意图；图3所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机预加载组件结构示意图；图4所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机下固定板结构示意图；图5所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机上移动板结构示意图；图6所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机斜梯型定子结构示意图；图7所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机的斜梯型振幅放大转换机构结构示意图；图8所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机的斜梯型振幅放大转换机构局部俯视结构示意图；图9所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机的斜梯型振幅放大转换机构局部侧视结构示意图；图10所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机的动子结构示意图；图11所示为本专利技术提出的斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机的耦合激励电信号波形示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1~图10说明本实施方式。本实施方式提供一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机的具体实施方案。所述一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机包括基座1、预加载组件2、斜梯型定子3和动子4。所述基座1采用不锈钢材料，其结构设计成“L”型。基座1包括基座安装孔1-1、预加载组件安装孔1-2、动子安装基面1-3和动子安装螺纹孔1-4。所述基座安装孔1-1，通过螺栓与外围平台固定连接；所述预加载组件安装孔1-2，用于将预加载组件2固定在基座1上；所述动子安装基面1-3和动子安装螺纹孔1-4，通过动子安装螺纹孔1-4将动子4固定在动子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机，其特征在于该斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机由基座（1）、预加载组件（2）、斜梯型定子（3）和动子（4）组成；其中预加载组件（2）固定安装在基座（1）上，斜梯型定子（3）固定安装在预加载组件（2）上，动子（4）固定安装在基座（1）上。

【技术特征摘要】
1.一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机，其特征在于该斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机由基座（1）、预加载组件（2）、斜梯型定子（3）和动子（4）组成；其中预加载组件（2）固定安装在基座（1）上，斜梯型定子（3）固定安装在预加载组件（2）上，动子（4）固定安装在基座（1）上。2.根据权利要求1所述的一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机，其特征在于基座（1）包括基座安装孔（1-1）、预加载组件安装孔（1-2）、动子安装基面（1-3）和动子安装螺纹孔（1-4）；所述基座安装孔（1-1）与外围平台连接，预加载组件（2）通过预加载组件安装孔（1-2）与基座（1）固定，通过动子安装螺纹孔（1-4）将动子（4）固定在动子安装基面（1-3）上。3.根据权利要求1所述的一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机，其特征在于预加载组件（2）包括有下固定板（2-1）、上移动板（2-2）、手动调节螺杆（2-3）和锁紧螺杆（2-4）；所述下固定板（2-1）设置有手动调节螺杆安装孔（2-1-1），通过与手动调节螺杆（2-3）采用螺纹连接预紧上移动板（2-2），下固定板（2-1）设置有弹簧固定螺钉（2-1-2）和预压弹簧（2-1-4）；下固定板（2-1）设置有导轨固定架（2-1-3），导轨固定架（2-1-3）安装有导轨限位螺钉（2-1-5）；下固定板（2-1）设置的沉头孔（2-1-6）；下固定板（2-1）设置有锁紧保持架（2-1-7）和固定螺钉（2-1-8），通过锁紧保持架（2-1-7）和锁紧螺杆（2-4）的螺纹连接将上移动板（2-2）固定；所述上移动板（2-2）设置有定子安装孔（2-2-1），上移动板（2-2）设置的锁紧螺纹孔（2-2-2）与锁紧螺杆（2-4）采用螺纹连接。4.根据权利要求1所述的一种斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机，其特征在于斜梯型定子（3）包括斜梯型振幅放大转换机构（3-1）、调整垫片（3-2）、叠堆型压电陶瓷致动器（3-3）和预紧调整螺栓（3-4）；所述斜梯型振幅放大转换机构（3-1）设置有定子固定孔（3-1-1），斜梯型振幅放大转换机构（3-1）设置有斜梯型菱形铰链（3-1-2），斜梯型振幅放大转换机构（3-1）设置有斜梯型运动转换器（3-1-3）和驱动足（3-1-4），斜梯型振幅放大转换机构（3-1）设置有预紧调整螺栓安装孔（3-1-5），通过与预紧...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，赵宏伟，张邦成，柳虹亮，秦峰，宋兆阳，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22