一种压电尺蠖直线电机制造技术

一种压电尺蠖直线电机，包括左箝位机构、右箝位机构、驱动机构和输出轴，左箝位机构和右箝位机构对称地设置在驱动机构的两侧，且依次首尾相接，输出轴依次贯穿左箝位机构、驱动机构和右箝位机构；左箝位机构和右箝位机构包含各自的箝位爪组件和释放用压电执行器，释放用压电执行器得电时，箝位爪组件松开输出轴；释放用压电执行器失电时，箝位爪组件抱紧输出轴；左箝位机构和右箝位机构交替地一个箝位输出轴、另一个释放输出轴，将驱动机构输出的位移传递到输出轴，输出轴平动输出位移。本发明专利技术具有结构简单紧凑、对零部件加工和装配精度要求低、压电执行器仅受到压力作用、可断电箝位的优点。

A kind of piezoelectric inchworm linear motor

A piezoelectric inchworm linear motor, which comprises a left clamping mechanism and a right clamping mechanism, a driving mechanism and an output shaft, a left clamping mechanism and a right clamping mechanism are symmetrically arranged on both sides of the driving mechanism, and in turn is connected, the output shaft turn through the left clamping mechanism, a driving mechanism and a right clamping mechanism the left and right clamping mechanism; the clamping mechanism comprises a clamping claw and the respective components released by the piezoelectric actuator, released by the piezoelectric actuator is energized, the clamping claw component release output shaft; release with piezoelectric actuator is energized, the clamping claw assembly to hold the output shaft; the left clamp mechanism and a right clamping mechanism alternately a clamped output shaft, another release of the output shaft, the output displacement driving mechanism is transmitted to the output shaft, the output shaft of the translational displacement output. The invention has the advantages of simple and compact structure, low precision requirements for parts processing and assembly, and only pressure action of the piezoelectric actuator and power cut clamp.

【技术实现步骤摘要】
一种压电尺蠖直线电机
本专利技术属于微/纳米定位
，涉及微/纳米定位系统中的微位移驱动器，特别涉及一种压电尺蠖直线电机。
技术介绍
近年来，随着信息技术、精密测试技术的迅速发展，对具有微结构表面的大型光学器件（如微透镜阵列、微反射镜阵列、光栅）的需求不断增加。这些光学器件表面微结构的单元尺寸一般都在微米量级，而整个微结构表面尺寸却达到毫米或厘米量级。要想得到这些大型光学器件，不管是对其加而言，还是对其加工后表面形貌的测量而言，都需要大行程、高分辨率的精密定位系统，而作为这种精密定位系统的驱动器也必须具有大行程、高分辨率。目前，大行程、高分辨率精密定位系统的驱动方式主要有直线电机、直线电机同压电执行器相结合、新型直线电机等方式。直线电机驱动方式由于无联轴器、丝杠螺母副、轴承等环节，故不存在这些环节所产生的弹性变形、摩擦、间隙等，从而使定位系统具有较高的定位精度及响应速度，但它容易发热，控制复杂，存在端部效应及推力波动，且分辨率难以达到纳米级；直线电机同压电执行器相结合的宏微双重驱动方式，可以很好地发挥目前技术已成熟的直线电机大行程定位技术与压电执行器微定位技术的各自优势，使整个系统具有较好的性能，但它是一个冗余系统，需要两套定位系统，不可避免地使系统结构复杂化，并且需要两套闭环控制系统，增加了控制系统的设计难度和复杂度；新型直线电机主要有磁致伸缩式直线电机、电致伸缩式直线电机、静电式直线电机、压电式直线电机，既可实现毫米、厘米级的大行程，又可实现纳米级的高分辨率，其中压电式直线电机具有体积小、位移分辨率高、输出力大、响应速度快、快速运动时可忽略压电执行器迟滞非线性的影响、不发热等优点，在实际应用中更具有优势。压电式直线电机按驱动原理不同又可分为超声谐振式、惯性式、尺蠖式。超声谐振式结构紧凑、体积小、重量轻，易实现小型化及轻量化，但由于用来驱动的摩擦力较小，所以输出力较小，同时因摩擦磨损严重，故效率与运动精度相对较低；惯性式原理及结构简单，可实现多自由度运动，但由于没有箝位机构，定位保持困难，输出力小；尺蠖式则克服了超声谐振式输出力小、效率与运动精度低以及惯性式输出力小、定位不稳定的缺点，具有输出力大、功率密度大、定位稳定等优点。但目前的压电尺蠖直线电机还存在以下不足：1、体积大、结构不紧凑。2、箝位机构的箝位位移或释放位移大都由压电执行器来提供，而压电执行器的输出位移往往很小，为使箝位机构能够可靠地箝位与释放，就要求箝位机构各零部件要有非常高的加工及装配精度；并且，压电执行器输出位移较小还会使箝位机构不能充分箝位或释放，若不能充分箝位，就会使得箝位机构的箝位力较小，电机运动稳定性降低，而若不能充分释放，就会产生严重的摩擦磨损，降低电机的寿命。3、压电执行器在预紧及工作过程中除受到压力作用（压电执行器在预紧及工作过程中仅允许受压力作用）外，还受到剪力、弯矩、扭矩作用，而这三种力均会降低压电执行器的使用寿命。4、电机不能自锁（即不能断电箝位），就是电机在不工作时，输出轴不能被箝位机构夹紧。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑、对零部件加工和装配精度要求低、压电执行器仅受到压力作用、可断电箝位的压电尺蠖直线电机。一种压电尺蠖直线电机，包括左箝位机构、右箝位机构、驱动机构和输出轴，左箝位机构和右箝位机构对称地设置在驱动机构的两侧，且依次首尾相接，输出轴依次贯穿左箝位机构、驱动机构和右箝位机构；左箝位机构和右箝位机构包含各自的箝位爪组件和释放用压电执行器，释放用压电执行器得电时，箝位爪组件松开输出轴；释放用压电执行器失电时，箝位爪组件抱紧输出轴；左箝位机构和右箝位机构交替地一个箝位输出轴、另一个释放输出轴，将驱动机构输出的位移传递到输出轴，输出轴平动输出位移。进一步，左箝位机构和右箝位机构分别具有箝位机芯、箝位套筒、预紧套筒和释放用压电执行器，箝位机芯、预紧套筒和箝位套筒依次从内向外套装；箝位机芯由身部、箝位爪组件和连接端组成，身部与输出轴间隙配合，箝位爪组件和连接端分别位于身部的两端，连接端与驱动壳体紧固连接；身部设有的外表面设有刚性部，刚性部设有凸起，释放用压电执行器被预紧于刚性部和预紧套筒之间；左箝位机构的驱动套筒与身部螺纹连接，右箝位机构的预紧螺母与身部螺纹连接；预紧套筒上具有凹槽，凸起和凹槽配合形成阻止箝位机芯和预紧套筒相对转动的限位组件，箝位套筒一端与预紧套筒固定，另一端在释放用压电执行器失电时抵紧箝位爪组件、并在释放用压电执行器得电时释放箝位爪组件。进一步，箝位套筒由刚性部和弹性部间隔形成，箝位套筒同箝位爪组件、预紧套筒相接触的部分均为刚性部，弹性部由呈U形折叠的柔性薄板形成。进一步，箝位爪组件由多个箝位爪和多个柔性薄板组成，每个箝位爪连接一个柔性薄板，柔性薄板与箝位机芯的身部固定，当箝位爪在箝位套筒作用下对输出轴进行预紧时，箝位爪沿轴向的位移被放大为沿箝位方向的位移。进一步，驱动机构包含驱动用压电执行器和驱动壳体，驱动用压电执行器安装于驱动壳体内，驱动壳体由刚性部和弹性部组成，刚性部和弹性部间隔分布，驱动壳体与左箝位机构或右箝位机构相接触的部分为刚性部。进一步，驱动外壳由驱动套筒和预紧螺母组成，驱动套筒由N个刚性部和N-1个弹性部组成，驱动套筒的两端为刚性部，相邻两个刚性部之间设置弹性部；预紧螺母由M个刚性部和M-1个弹性部组成，预紧螺母的两端为刚性部，相邻两个刚性部之设置弹性部；驱动用压电执行器位于驱动套筒的刚性部和预紧螺母的刚性部之间，驱动用压电执行器被覆盖的区域内至少有一个弹性部，弹性部由呈U形折叠的柔性薄板形成。进一步，驱动套筒的最左端的刚性部与左箝位机构的预紧套筒固定连接，驱动套筒的最右端的刚性部与预紧螺母的最左端的刚性部固定连接，驱动套筒的中间的任意一个刚性部设置向内突出的凸环，凸环与左箝位机构的箝位机芯固定连接，驱动用压电执行器被预紧于该凸环与预紧螺母的最左端的刚性部之间；预紧螺母的最左端的刚性部与右箝位机构的箝位机芯固定连接，预紧螺母的最右端的刚性部与右箝位机构的预紧套筒固定连接。进一步，驱动用压电执行器和预紧螺母之间有周向定位片，周向定位片具有向外延伸的凸块，驱动套筒上具有与凸块一一对应的槽，凸块与槽配合限制周向定位片转动。与现有压电尺蠖直线电机相比，本专利技术的优点是：1)由于整个电机均由回转类零件构成，且输出轴的直径同箝位机构及驱动机构的最大外径之比较大，因此整个电机体积小、结构紧凑。2)由于箝位机构具有位移放大作用，可将箝位套筒沿轴向的位移放大为箝位爪沿箝位方向的位移，这就使得箝位机构可非常容易地对输出轴进行释放或箝位，从而降低了构成电机的零部件的加工和装配精度。3)压电执行器在预紧及工作过程中仅受到沿其位移输出方向的压力作用，而不受到拉力、剪力、弯矩、扭矩的作用，从而可很好地提高压电执行器的使用寿命。4)采用可产生弹性变形的折叠式柔性薄板来防止螺纹的松动，从而可提高输出轴的运动精度。5)当不给释放用压电执行器通电时，输出轴将被箝位机构夹紧而不能输出位移，电机实现自锁（即断电箝位）。附图说明图1为本专利技术的装配图。图2为本专利技术的箝位机芯结构图，其中(a)是箝位机芯的主视图，(b)是(a)的A-A向剖视图，(c)是(a)的B-B向剖视图。图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电尺蠖直线电机，其特征在于：压电尺蠖直线电机包括左箝位机构、右箝位机构、驱动机构和输出轴，左箝位机构和右箝位机构对称地设置在驱动机构的两侧，且依次首尾相接，输出轴依次贯穿左箝位机构、驱动机构和右箝位机构；左箝位机构和右箝位机构包含各自的箝位爪组件和释放用压电执行器，释放用压电执行器得电时，箝位爪组件松开输出轴；释放用压电执行器失电时，箝位爪组件抱紧输出轴；左箝位机构和右箝位机构交替地一个箝位输出轴、另一个释放输出轴，将驱动机构输出的位移传递到输出轴，输出轴平动输出位移。

【技术特征摘要】
1.一种压电尺蠖直线电机，其特征在于：压电尺蠖直线电机包括左箝位机构、右箝位机构、驱动机构和输出轴，左箝位机构和右箝位机构对称地设置在驱动机构的两侧，且依次首尾相接，输出轴依次贯穿左箝位机构、驱动机构和右箝位机构；左箝位机构和右箝位机构包含各自的箝位爪组件和释放用压电执行器，释放用压电执行器得电时，箝位爪组件松开输出轴；释放用压电执行器失电时，箝位爪组件抱紧输出轴；左箝位机构和右箝位机构交替地一个箝位输出轴、另一个释放输出轴，将驱动机构输出的位移传递到输出轴，输出轴平动输出位移。2.如权利要求1所述的压电尺蠖直线电机，其特征在于：左箝位机构和右箝位机构分别具有箝位机芯、箝位套筒、预紧套筒和释放用压电执行器，箝位机芯、预紧套筒和箝位套筒依次从内向外套装；箝位机芯由身部、箝位爪组件和连接端组成，身部与输出轴间隙配合，箝位爪组件和连接端分别位于身部的两端，连接端与驱动壳体紧固连接；身部设有的外表面设有刚性部，刚性部设有凸起，释放用压电执行器被预紧于刚性部和预紧套筒之间；左箝位机构的驱动套筒与身部螺纹连接，右箝位机构的预紧螺母与身部螺纹连接；预紧套筒上具有凹槽，凸起和凹槽配合形成阻止箝位机芯和预紧套筒相对转动的限位组件，箝位套筒一端与预紧套筒固定，另一端在释放用压电执行器失电时抵紧箝位爪组件、并在释放用压电执行器得电时释放箝位爪组件。3.如权利要求2所述的压电尺蠖直线电机，其特征在于：箝位套筒由刚性部和弹性部间隔形成，箝位套筒同箝位爪组件、预紧套筒相接触的部分均为刚性部，弹性部由呈U形折叠的柔性薄板形成。4.如权利要求3所述的压电尺蠖直线电机，其特征在于：箝位爪组件由多个箝位爪和多个柔性薄板组成，每个箝...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉国，赵余杰，马剑强，李锦棒，娄军强，朱耀祥，应志奇，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33