四足对称差动作动压电步进直线电机及电激励方式制造技术

本发明专利技术公开了一种四足对称差动作动压电步进直线电机及电激励方式，电机主要包括基座、驱动足、动子、预紧机构和支撑机构，所述支撑机构的作用为将驱动足固定在基座上；驱动足有四个，每一个驱动足包括一个叠层压电陶瓷、两个柔性转接头、一个位移转换机构和一个耐磨陶瓷球，四个驱动足相对于动子呈对称布置，四足在预紧机构作用下与动子接触，四驱动足的伸缩作用通过位移转换机构转移到动子，动子运动的方向与四足伸缩的方向平行。本发明专利技术的四足对称差动作动压电步进直线电机用以解决现有直线电机存在大行程、大推力与高精度难以兼顾的问题。

【技术实现步骤摘要】
四足对称差动作动压电步进直线电机及电激励方式
本专利技术涉及压电精密致动
，具体为一种四足对称差动作动压电步进直线电机及电激励方式。
技术介绍
目前实现大行程精密步进驱动的方式主要是尺蠖式精密驱动和惯性摩擦驱动两种方式。尺蠖式精密驱动能够提供较大的精度和推力，但是由于它的结构复杂导致驱动频率较小，从而导致驱动速度小，结构的复杂还导致控制难度加大，安装精度难以控制，另外，尺蠖型精密驱动的配合磨损严重，最终导致接触不良，性能弱化；摩擦惯性压电驱动装置的结构较简单、控制较容易、驱动速度较大，但是由于摩擦惯性压电驱动装置缺少钳位机构而导致预紧力不足，推力小。叠层压电陶瓷因性能较优越，近年来制造工艺的提升，大规模生产的实现，越来越多的被应用在精密驱动上。利用叠层压电陶瓷的逆压电效应制成的压电直线电机有很多优点：位移分辨力高、承载力大、输出刚度高、输出位移重复性好、控制简单易操作、能够克服电磁干扰、高温、低温等问题。但目前的非共振式压电电机主要问题在于叠层压电陶瓷的迟滞效应影响，导致压电直线电机的回程误差积累而增大其定位误差，能解决该问题的双足驱动压电直线电机也存在大行程、大推力与高精度难以兼顾的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种四足对称差动作动压电步进直线电机及电激励方式，综合利用尺蠖式压电精密驱动和摩擦惯性压电驱动的优点,解决大行程、大推力与高精度难以兼顾的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种四足对称差动作动压电步进直线电机，包括第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足、第四驱动足、第一支撑机构、第二支撑机构、第三支撑机构、第四支撑机构、预紧机构、动子和基座；所述第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足和第四驱动足相对于所述动子呈对称分布，且所述第一驱动足和所述第二驱动足、所述第三驱动足和所述第四驱动足分别沿径向对称分布，所述第一驱动足和所述第三驱动足、所述第二驱动足和所述第四驱动足分别沿轴向对称分布；所述第一驱动足的一端通过所述第一支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第二驱动足的一端通过所述第二支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第三驱动足的一端通过所述第三支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第四驱动足的一端通过所述第四支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第一驱动足包括第一柔性万向节、第二柔性万向节、叠层压电陶瓷、位移转换机构和耐磨陶瓷球；所述第一柔性万向节的一端与所述第一支撑机构相连，另一端与所述叠层压电陶瓷的一端相连；所述第二柔性万向节的一端与所述叠层压电陶瓷的另一端相连，另一端与所述位移转换机构相连；所述位移转换机构通过所述耐磨陶瓷球与所述动子相连；所述第二驱动足、第三驱动足、第四驱动足的结构和所述第一驱动足的结构相同。所述预紧机构包括第一支撑体、第二支撑体、第三支撑体、第四支撑体、第一弹簧片、第二弹簧片和弹性压紧装置；所述第一驱动足的位移转换机构通过所述第一支撑体与所述第一弹簧片相连；所述第二驱动足的位移转换机构通过所述第二支撑体与所述第一弹簧片相连；所述第三驱动足的位移转换机构通过所述第三支撑体与所述第二弹簧片相连；所述第四驱动足的位移转换机构通过所述第四支撑体与所述第二弹簧片相连；所述弹性压紧装置用于压紧所述第一弹簧片和所述第二弹簧片，使所述第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足和第四驱动足通过所述预紧机构紧抱动子，其伸缩作用通过所述位移转换机构传递到动子，输出位移的方向与四驱动足伸缩的方向平行。所述预紧机构包括第一支撑体、第二支撑体、第三支撑体、第四支撑体、第一弹簧片、第二弹簧片和弹性线圈；所述第一驱动足的位移转换机构通过所述第一支撑体与所述第一弹簧片相连；所述第二驱动足的位移转换机构通过所述第二支撑体与所述第一弹簧片相连；所述第三驱动足的位移转换机构通过所述第三支撑体与所述第二弹簧片相连；所述第四驱动足的位移转换机构通过所述第四支撑体与所述第二弹簧片相连；所述弹性线圈绕在所述第一弹簧片和所述第二弹簧片的中间；所述第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足和第四驱动足通过所述预紧机构紧抱动子，其伸缩作用通过所述位移转换机构传递到动子，输出位移的方向与四驱动足伸缩的方向平行。所述第一支撑体、第二支撑体、第三支撑体和第四支撑体为形状大小相同的球体。所述第一支撑机构包括固连的底座和支座，所述底座与所述基座固连，所述支座与所述第一驱动足固连用于支撑所述第一驱动足；所述第二支撑机构、第三支撑机构、第四支撑机构的结构与所述第一支撑机构的结构相同；所述直线电机还包括转接板；所述动子通过所述转接板与所述基座固连。本专利技术还采用如下技术方案：一种四足对称差动作动压电步进直线电机的电激励方式：施加电压激励电机第一驱动足的叠层压电陶瓷、第二驱动足的叠层压电陶瓷、第三驱动足的叠层压电陶瓷和第四驱动足的叠层压电陶瓷，使四个驱动足共同作用驱动动子；具体采用如下激励方式使得动子向左移动一个步进：对第一驱动足的叠层压电陶瓷施加上升的第一电压信号，第一驱动足伸长后所述第一电压信号保持不变；对第三驱动足的叠层压电陶瓷施加上升的第三电压信号，第三驱动足伸长后所述第三电压保持不变；将所述第一电压信号和所述第三电压信号实施下降，同时对第二驱动足的叠层压电陶瓷施加上升的第二电压信号，对第四驱动足的叠层压电陶瓷施加上升的第四电压信号，所述第一驱动足和所述第三驱动足回缩的同时所述第二驱动足和所述第四驱动足伸长使得动子向左移动一个步进；将所述第二电压信号实施下降到零，使其回缩到原始位置；将所述第四电压信号实施下降到零，使其回缩到原始位置。采用如下激励方式使得动子向右移动一个步进：对第四驱动足的叠层压电陶瓷施加上升的第四电压信号，第四驱动足伸长后所述第四电压信号保持不变；对第二驱动足的叠层压电陶瓷施加上升的第二电压信号，第二驱动足伸长后所述第二电压保持不变；将所述第二电压信号和所述第四电压信号实施下降，同时对第一驱动足的叠层压电陶瓷施加上升的第一电压信号，对第三驱动足的叠层压电陶瓷施加上升的第三电压信号，所述第四驱动足和所述第二驱动足回缩的同时所述第一驱动足和所述第三驱动足伸长使得动子向右移动一个步进；将所述第三电压信号实施下降到零，使其回缩到原始位置；将所述第一电压信号实施下降到零，使其回缩到原始位置。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的压电步进直线电机中采用四驱动足设计，四个驱动足相对动子呈对称分布，四驱动足通过预紧机构直接紧抱动子，四驱动足的伸缩作用通过位移转换机构传递到动子，输出位移的方向与四驱动足伸缩的方向平行；当给四驱动足输入四相电压控制信号后，能够实现差动作动，从而实现大行程、大推力与高精度兼顾；(2)本专利技术的压电步进直线电机的四个驱动足始终由预紧机构压紧在动子上，这使得电机具有断电自锁的能力；本专利技术的四个驱动足的端部采用高硬度高耐磨性的陶瓷球，这将大大提高电机的使用寿命；(3)本专利技术的压电步进直线电机整体结构简单，提高了电机的装配效率，且易于实现批量化生产；(4)本专利技术设计了梯形信号和三角形信号相结合的电压信号输入方式来实现四驱动足差动作动的驱动效果；工作时，只需将第一驱动足的输入信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四足对称差动作动压电步进直线电机，包括第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足、第四驱动足、第一支撑机构、第二支撑机构、第三支撑机构、第四支撑机构、预紧机构、动子和基座；其特征在于：所述第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足和第四驱动足相对于所述动子呈对称分布，且所述第一驱动足和所述第二驱动足、所述第三驱动足和所述第四驱动足分别沿径向对称分布，所述第一驱动足和所述第三驱动足、所述第二驱动足和所述第四驱动足分别沿轴向对称分布；所述第一驱动足的一端通过所述第一支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第二驱动足的一端通过所述第二支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第三驱动足的一端通过所述第三支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第四驱动足的一端通过所述第四支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第一驱动足包括第一柔性万向节、第二柔性万向节、叠层压电陶瓷、位移转换机构和耐磨陶瓷球；所述第一柔性万向节的一端与所述第一支撑机构相连，另一端与所述叠层压电陶瓷的一端相连；所述第二柔性万向节的一端与所述叠层压电陶瓷的另一端相连，另一端与所述位移转换机构相连；所述位移转换机构通过所述耐磨陶瓷球与所述动子相连；所述第二驱动足、第三驱动足、第四驱动足的结构和所述第一驱动足的结构相同。...

【技术特征摘要】
1.一种四足对称差动作动压电步进直线电机，包括第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足、第四驱动足、第一支撑机构、第二支撑机构、第三支撑机构、第四支撑机构、预紧机构、动子和基座；其特征在于：所述第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足和第四驱动足相对于所述动子呈对称分布，且所述第一驱动足和所述第二驱动足、所述第三驱动足和所述第四驱动足分别沿径向对称分布，所述第一驱动足和所述第三驱动足、所述第二驱动足和所述第四驱动足分别沿轴向对称分布；所述第一驱动足的一端通过所述第一支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第二驱动足的一端通过所述第二支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第三驱动足的一端通过所述第三支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第四驱动足的一端通过所述第四支撑机构与所述基座固连，另一端通过所述预紧机构紧抱所述动子；所述第一驱动足包括第一柔性万向节、第二柔性万向节、叠层压电陶瓷、位移转换机构和耐磨陶瓷球；所述第一柔性万向节的一端与所述第一支撑机构相连，另一端与所述叠层压电陶瓷的一端相连；所述第二柔性万向节的一端与所述叠层压电陶瓷的另一端相连，另一端与所述位移转换机构相连；所述位移转换机构通过所述耐磨陶瓷球与所述动子相连；所述第二驱动足、第三驱动足、第四驱动足的结构和所述第一驱动足的结构相同。2.根据权利要求1所述的四足对称差动作动压电步进直线电机，其特征在于：所述预紧机构包括第一支撑体、第二支撑体、第三支撑体、第四支撑体、第一弹簧片、第二弹簧片和弹性压紧装置；所述第一驱动足的位移转换机构通过所述第一支撑体与所述第一弹簧片相连；所述第二驱动足的位移转换机构通过所述第二支撑体与所述第一弹簧片相连；所述第三驱动足的位移转换机构通过所述第三支撑体与所述第二弹簧片相连；所述第四驱动足的位移转换机构通过所述第四支撑体与所述第二弹簧片相连；所述弹性压紧装置用于压紧所述第一弹簧片和所述第二弹簧片，使所述第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足和第四驱动足通过所述预紧机构紧抱动子，其伸缩作用通过所述位移转换机构传递到动子，输出位移的方向与四驱动足伸缩的方向平行。3.根据权利要求2所述的四足对称差动作动压电步进直线电机，其特征在于：所述预紧机构包括第一支撑体、第二支撑体、第三支撑体、第四支撑体、第一弹簧片、第二弹簧片和弹性线圈；所述第一驱动足的位移转换机构通过所述第一支撑体与所述第一弹簧片相连；所述第二驱动足的位移转换机构通过所述第二支撑体与所述第一弹簧片相连；所述第三驱动足的位移转换机构通过所述第三支撑体与所述第二弹簧片相连；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王寅，崔长彩，张玉芝，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35