斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)及其復(fù)合激勵方法
【專利摘要】一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)及其復(fù)合激勵方法，以解決當(dāng)前壓電粘滑直線馬達(dá)由于摩擦力綜合調(diào)控困難所導(dǎo)致的機(jī)械輸出性能受劣化等問題。本發(fā)明由加載裝置、定子和動子組成；所述定子利用斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生側(cè)向位移，增大摩擦驅(qū)動力，減小摩擦阻力；同時將摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于定子快速變形階段的鋸齒驅(qū)動波中，從而降低快速變形階段定、動子間摩擦阻力，實現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控，顯著提升壓電粘滑直線馬達(dá)機(jī)械輸出性能。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、行程大等優(yōu)點，在半導(dǎo)體加工、光學(xué)調(diào)焦等具有結(jié)構(gòu)微型化、要求精確定位的領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)及其復(fù)合激勵方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)及其復(fù)合激勵方法，屬于微納精密驅(qū)動與定位技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電粘滑直線馬達(dá)是一種利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，在非對稱電信號激勵下激發(fā)振子(或稱定子)產(chǎn)生微幅振動，通過振子與動子間的摩擦耦合實現(xiàn)機(jī)械能輸出的精密微納驅(qū)動器。按照驅(qū)動工作原理的不同，壓電粘滑直線馬達(dá)主要分為共振型壓電馬達(dá)(也稱超聲波電機(jī))與非共振型壓電馬達(dá)(也稱壓電粘滑馬達(dá))兩大類。與共振型壓電馬達(dá)相比，非共振型壓電粘滑直線馬達(dá)具有定位精度高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊以及控制方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于精密驅(qū)動與定位的技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]壓電粘滑驅(qū)動主要是將鋸齒激勵電信號施加于壓電元件，激發(fā)定子產(chǎn)生快慢交替的運(yùn)動變形，控制定子與動子在“粘”和“滑”兩種運(yùn)動狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，利用摩擦力驅(qū)動動子實現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動輸出。然而，由于壓電粘滑驅(qū)動緩慢與快速變形階段，定子與動子間摩擦力起到不同作用，具體為緩慢變形驅(qū)動階段時表現(xiàn)為摩擦驅(qū)動力，而快速變形驅(qū)動階段時表現(xiàn)為摩擦阻力。已有公開技術(shù)表明當(dāng)前壓電粘滑直線馬達(dá)無法實現(xiàn)對整個驅(qū)動過程的摩擦力進(jìn)行綜合調(diào)控，導(dǎo)致其輸出機(jī)械性能受限。特別在定子的快速變形驅(qū)動階段，由于動子所受摩擦力與其運(yùn)動方向相反，當(dāng)動子慣性力不足以克服該摩擦阻力時，將會導(dǎo)致動子產(chǎn)生回退運(yùn)動，表現(xiàn)為類鋸齒狀的不平穩(wěn)運(yùn)動輸出，劣化輸出性能，已有鋸齒激勵電信號無法實現(xiàn)對壓電粘滑直線馬達(dá)快速變形驅(qū)動階段摩擦力的調(diào)控，進(jìn)一步限制了壓電粘滑直線馬達(dá)的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決已有壓電粘滑直線馬達(dá)由于定子與動子間摩擦綜合調(diào)控困難，所導(dǎo)致的機(jī)械輸出特性受限，產(chǎn)生類鋸齒狀不平穩(wěn)運(yùn)動輸出，劣化驅(qū)動器輸出性能等技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)及其復(fù)合激勵方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
所述的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)由加載裝置、定子和動子組成。
[0006]所述加載裝置為斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置，所述加載裝置由固定架、滑臺和加載機(jī)構(gòu)組成。所述固定架設(shè)置動子安裝螺紋孔和動子安裝平面，用于安裝動子;所述固定架底部設(shè)置有固定架安裝孔，用于固定架與外圍裝置的固定安裝；所述固定架設(shè)置有下限位螺釘，用于滑臺的移動限位;所述固定架設(shè)置有滾珠架，用于滑臺的滑動;所述固定架設(shè)置有鎖緊保持架固定螺釘、鎖緊保持架和緊固螺釘，所述緊固螺釘用于滑臺的固定，通過調(diào)節(jié)緊固螺釘，可實現(xiàn)對滑臺的鎖緊，防止加載后滑臺移動;所述固定架設(shè)置有保持架，用于支撐滑臺；所述固定架設(shè)置有彈簧，用于滑臺的回程移動;所述固定架設(shè)置有下彈簧固定柱，用于安裝固定彈簧;所述固定架設(shè)置有加載螺紋孔，其與加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行螺紋連接。所述滑臺設(shè)置有螺紋安裝孔，用于安裝定子;所述滑臺設(shè)置有上限位螺釘，用于限制滑臺的移動極限位置;所述滑臺設(shè)置有上彈簧固定柱，配合下彈簧固定柱用于安裝固定彈簧;所述滑臺側(cè)面設(shè)置有螺紋孔，螺紋孔與緊固螺釘螺紋連接;所述滑臺設(shè)置有滑軌，用于滑臺的移動導(dǎo)向。所述加載機(jī)構(gòu)與對應(yīng)的加載螺紋孔進(jìn)行螺紋連接，通過調(diào)整加載機(jī)構(gòu)的旋進(jìn)長度可以調(diào)節(jié)滑臺的位置，實現(xiàn)加載裝置對定子預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。
[0007]所述定子包括斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器、壓電堆疊、預(yù)緊螺釘和調(diào)整墊片。所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器采用菱形結(jié)構(gòu)的柔性鉸鏈。所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器設(shè)置有固定安裝孔，用于斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器與滑臺的上表面的緊固連接;所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器設(shè)置有優(yōu)弧形柔性鉸鏈、半圓弧形柔性鉸鏈、菱形鉸鏈，用于調(diào)節(jié)斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器的軸向剛度;所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器設(shè)置定子驅(qū)動足，所述定子驅(qū)動足設(shè)置有運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、圓弧形驅(qū)動端，所述運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)與圓弧形驅(qū)動端軸線形成一定角度Θ，所述運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可將壓電堆疊的軸向振動位移轉(zhuǎn)換為圓弧形驅(qū)動端的側(cè)向位移，所述圓弧形驅(qū)動端涂有摩擦材料，所述圓弧形驅(qū)動端驅(qū)動活動導(dǎo)軌運(yùn)動。定子采用斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器，使其軸向剛度分布不均而產(chǎn)生側(cè)向位移，增大定子緩慢變形驅(qū)動階段時定、動子間摩擦驅(qū)動力，減小定子快速變形驅(qū)動階段時定、動子間摩擦阻力，可實現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控。所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器設(shè)置有預(yù)緊螺釘安裝孔，所述預(yù)緊螺釘安裝孔與預(yù)緊螺釘進(jìn)行螺紋連接。所述壓電堆疊前后端面與斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器、預(yù)緊螺釘之間設(shè)置有調(diào)整墊片，所述壓電堆疊前后端面設(shè)置調(diào)整墊片的目的是為了均布作用在壓電堆疊上的預(yù)緊載荷，使壓電堆疊可以均勻受力。通過調(diào)整預(yù)緊螺釘?shù)男M(jìn)長度，可實現(xiàn)對壓電堆疊的軸向預(yù)緊調(diào)節(jié)。
[0008]所述動子為雙列交叉滾柱導(dǎo)軌。所述動子包括固定導(dǎo)軌、活動導(dǎo)軌、滾柱保持架和導(dǎo)軌安裝螺栓。所述固定導(dǎo)軌通過螺釘固定于導(dǎo)軌安裝平面上;所述活動導(dǎo)軌相應(yīng)接觸端面涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料;所述動子設(shè)置有滾柱保持架，滾柱保持架為導(dǎo)軌的滑動提供支撐;所述導(dǎo)軌安裝螺栓用于活動導(dǎo)軌的運(yùn)動限位。
[0009]所述復(fù)合激勵方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于定子快速變形階段的驅(qū)動波中，所述摩擦調(diào)控波為正弦波，所述驅(qū)動波為鋸齒波。所述復(fù)合激勵方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由微幅摩擦正弦調(diào)控波疊加于定子快速變形階段的鋸齒驅(qū)動波復(fù)合而成，所述復(fù)合激勵方法可減小快速變形階段定子與動子之間的摩擦阻力，抑制回退運(yùn)動產(chǎn)生，其中鋸齒驅(qū)動波周期為T1，激勵電壓幅值為V1，對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為T2，激勵電壓幅值為％，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比為T1Zt2=1?100000，激勵電壓幅值比為Wv2大于2。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明由于采用具有摩擦力綜合調(diào)控功能的定子結(jié)構(gòu)，同時通過復(fù)合激勵電信號進(jìn)行耦合激勵，增大了定子緩慢變形驅(qū)動階段定子與動子間摩擦驅(qū)動力，降低了定子快速變形驅(qū)動階段定子與動子間摩擦阻力，實現(xiàn)了對壓電粘滑直線馬達(dá)整個驅(qū)動過程的摩擦力進(jìn)行綜合調(diào)控，可顯著提升壓電粘滑直線馬達(dá)機(jī)械輸出特性，抑制位移回退運(yùn)動的發(fā)生。與當(dāng)前已有技術(shù)相比，輸出力提升30%以上，輸出速度提升20%以上，輸出效率提升40%以上，開環(huán)條件下定位精度可達(dá)納米級，位移回退率降低50%?60%。
【附圖說明】
[0011]圖1所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的加載裝置中固定架的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的加載裝置中滑臺的俯視圖；
圖5所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的加載裝置中滑臺的仰視圖；
圖6所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的定子結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的定子的斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的定子的斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器局部放大圖；
圖9所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的動子結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10所示為本發(fā)明提出的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的激勵電信號波形示意圖。
【具體實施方式】
[0012]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1?圖9說明本實施方式。本實施方式提供了一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的具體實施方案。所述一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)由加載裝置1、定子2和動子3組成。
[0013]所述加載裝置I為斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置，所述加載裝置I由固定架1-1、滑臺1-2、和加載機(jī)構(gòu)1-3組成，所述加載裝置I可采用不銹鋼材料。所述固定架1-1設(shè)置動子安裝螺紋孔1-1-1、動子安裝平面1-1-8，用于安裝動子3;所述固定架1-1底部設(shè)置有固定架安裝孔1-1-2，用于固定架1-1與外圍裝置的安裝固定;所述固定架1-1設(shè)置有下限位螺釘1-1-3，用于滑臺1-2的移動限位;所述固定架1-1設(shè)置有滾珠架1-1-4，用于滑臺1-2的滑動;所述固定架1-1設(shè)置有鎖緊保持架固定螺釘1-1-5、鎖緊保持架1-1-6和緊固螺釘1-1-7，所述緊固螺釘1-1-7用于滑臺1-2的固定，通過調(diào)節(jié)緊固螺釘1-1-7，可實現(xiàn)對滑臺1-2的鎖緊，防止加載后滑臺1-2移動;所述固定架1-1設(shè)置有保持架1-1-9，用于支撐滑臺1-2，所述保持架1-1-9安裝有4η個下限位螺釘1-1-3，其中η為大于等于I的整數(shù)，為避免滑臺1-2滑出保持架1-1-9;所述固定架1-1設(shè)置有彈簧1-1-10，用于滑臺1-2的回程移動;所述固定架1-1設(shè)置有下彈簧固定柱1-1-11，用于安裝固定彈簧1-1-10;所述固定架1-1設(shè)置有加載螺紋孔1-1-12，其與加載機(jī)構(gòu)1-3進(jìn)行螺紋連接。所述滑臺1-2設(shè)置有螺紋安裝孔1-2-1，用于安裝定子2;所述滑臺1-2設(shè)置有上限位螺釘1-2-2，用于滑臺1-2的移動限位;所述滑臺1-2設(shè)置有上彈簧固定柱1-2-3，配合下彈簧固定柱1-1-11用于安裝固定彈簧
1-1-10;所述滑臺1-2側(cè)面設(shè)置有螺紋孔1-2-4，所述螺紋孔1-2-4與緊固螺釘1-1-7螺紋連接;所述滑臺1-2設(shè)置有滑軌1-2-5，用于滑臺1-2的移動，所述滑軌1-2-5安裝有4η個上限位螺釘1-2-2，其中η為大于等于I的整數(shù)，為避免滑臺1-2滑出保持架1-1-9。所述加載機(jī)構(gòu)1-3與加載螺紋孔1-1-12螺紋連接，通過調(diào)整加載機(jī)構(gòu)1-3的旋進(jìn)長度可以調(diào)節(jié)滑臺1-2的位置，實現(xiàn)加載裝置I對預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。
[0014]所述定子2包括斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1、壓電堆疊2-2、預(yù)緊螺釘2-3和調(diào)整墊片2-
4。所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1采用菱形結(jié)構(gòu)的柔性鉸鏈，所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1可采用5052、6061或7075鋁合金材料。所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置有固定安裝孔2-1-1，通過螺釘將斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1與滑臺1-2的上表面進(jìn)行緊固連接;所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置有優(yōu)弧形柔性鉸鏈2-1-2、半圓弧形柔性鉸鏈2-1-5，優(yōu)弧形柔性鉸鏈2-1-2具有圓角半徑值R1，半圓弧形柔性鉸鏈2-1-5具有圓角半徑值R2,仏與1?2的比值范圍為0.1?I，調(diào)整圓角半徑Ri與R2的比值，可改變斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1的軸向剛度分布。本實施方式中Ri與R2的比值為0.6。所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置有菱形鉸鏈2-1-3，菱形鉸鏈2-1-3壁厚值為b，Ri與b的比值范圍為0.1-0.45，調(diào)整圓角半徑辦與壁厚值b的比值，可改變斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器
2-1的偏轉(zhuǎn)剛度。本實施方式中仏與13的比值為0.3。所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置定子驅(qū)動足2-1-4，所述定子驅(qū)動足2-1-4設(shè)置有運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2-1-4-1、圓弧形驅(qū)動端2-1-4_2，所述運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2-1-4-1與圓弧形驅(qū)動端2-1-4-2軸線形成一定角度θ，θ的值滿足的范圍為45°?90°，本實施方式中Θ的取值為45°。所述運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2-1-4-1可將壓電堆疊2-2的軸向振動位移轉(zhuǎn)換為圓弧形驅(qū)動端2-1-4-2的側(cè)向位移，所述定子驅(qū)動足2-1-4具有高度值L、寬度值Z，1^與2的比值范圍為I?4，通過調(diào)整L與Z的比值可以改變位移放大倍數(shù)，本實施方式中L與Z的比值取值為2。所述圓弧形驅(qū)動端2-1-4-2具有圓弧半徑值R3，R3與Z的比值范圍為0.1?0.25，通過調(diào)整R3與Z的比值可以改變定子2的驅(qū)動平穩(wěn)性，本實施方式中R3與Z的比值取值為0.1。所述圓弧形驅(qū)動端2-1-4-2涂有摩擦材料，所述圓弧形驅(qū)動端2-1-4-2驅(qū)動動子3運(yùn)動。定子2采用斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器，使其軸向剛度分布不均而產(chǎn)生側(cè)向位移，增大定子緩慢變形驅(qū)動階段時定、動子間摩擦驅(qū)動力，減小定子快速變形驅(qū)動階段時定、動子間摩擦阻力，可實現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控;所述斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置有預(yù)緊螺釘安裝孔2-1-6，所述預(yù)緊螺釘安裝孔2-1-6與預(yù)緊螺釘2-3進(jìn)行螺紋連接。所述壓電堆疊2-2可以是PI或NEC等公司的壓電堆疊產(chǎn)品，所述壓電堆疊2-2前后端面與斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器2-1、預(yù)緊螺釘2-3之間設(shè)置有調(diào)整墊片2-4，所述壓電堆疊2-2前后端面設(shè)置調(diào)整墊片2-4的目的是為了均布作用在壓電堆疊2-2上的預(yù)緊載荷，保護(hù)壓電堆疊2-2，通過調(diào)整預(yù)緊螺釘2-3的旋進(jìn)長度，可實現(xiàn)對壓電堆疊2-2的軸向預(yù)緊調(diào)節(jié)。
[0015]所述動子3為斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的動子，所述動子3為雙列交叉滾柱導(dǎo)軌，包括固定導(dǎo)軌3-1、活動導(dǎo)軌3-2、滾柱保持架3-3和導(dǎo)軌安裝螺栓3-4。所述固定導(dǎo)軌3-1，通過螺釘固定于導(dǎo)軌安裝平面1-1-8上;所述活動導(dǎo)軌3-2相應(yīng)接觸端面涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料;所述動子3設(shè)置有滾柱保持架3-3，滾柱保持架3-3為導(dǎo)軌的滑動提供支撐。為了避免滾柱保持架3-3滑出導(dǎo)軌，同時限制動子3的運(yùn)動范圍，分別在動子3的固定導(dǎo)軌3-1和活動導(dǎo)軌3-2的兩端設(shè)置導(dǎo)軌安裝螺栓3-4，所述導(dǎo)軌安裝螺栓3-4進(jìn)行運(yùn)動限位。動子3上表面與定子2上表面處于同一平面。
[0016]【具體實施方式】二:結(jié)合圖10說明本實施方式。本實施方式提供了一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的復(fù)合激勵方法的具體實施方案。所述一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)的復(fù)合激勵方法如下所述。
[0017]所述復(fù)合激勵方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于定子快速變形階段的驅(qū)動波中，所述摩擦調(diào)控波為正弦波，所述驅(qū)動波為鋸齒波，具體地，所述復(fù)合激勵方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由微幅摩擦正弦調(diào)控波疊加于鋸齒驅(qū)動波的快速變形驅(qū)動階段復(fù)合而成，所述復(fù)合激勵方法可減小快速變形階段定子與動子之間的摩擦阻力，抑制回退運(yùn)動產(chǎn)生，優(yōu)化了機(jī)械輸出性能。其中鋸齒驅(qū)動波周期為T1，激勵電壓幅值為V1，對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為T2，激勵電壓幅值為％，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比為TVTfKMOOOOO，激勵電壓幅值比為WV2大于2。
[0018]工作原理:在非對稱電信號激勵下，通過改變斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)在定子緩慢變形與快速變形兩個驅(qū)動階段的摩擦力，實現(xiàn)摩擦力的綜合調(diào)控。其中在定子緩慢變形驅(qū)動階段，動子在靜摩擦力作用下隨著定子一起發(fā)生緩慢的“粘”運(yùn)動，此時靜摩擦力提供驅(qū)動力，增大定子與動子間摩擦力可提升馬達(dá)輸出性能;在定子快速變形驅(qū)動階段，定子與動子間產(chǎn)生的滑動摩擦力為摩擦阻力，特別是當(dāng)動子慣性力不足以克服該摩擦阻力時，將會導(dǎo)致動子產(chǎn)生回退運(yùn)動，微觀上表現(xiàn)為類鋸齒狀的不平穩(wěn)運(yùn)動，劣化輸出性能，影響定位精度，此時設(shè)法降低定子與動子滑動摩擦阻力，可改善馬達(dá)綜合輸出特性。本發(fā)明采用斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的菱形鉸鏈結(jié)構(gòu)，使得定子軸向剛度分布不均勻，在定子激發(fā)產(chǎn)生軸向振動位移時，定子驅(qū)動端產(chǎn)生側(cè)向位移，調(diào)整定子與動子間接觸的正壓力。即在定子緩慢變形驅(qū)動階段，增大定子與動子間接觸的正壓力，進(jìn)而增加定子與動子間的摩擦驅(qū)動力，在定子快速變形驅(qū)動階段，減小定子與動子間接觸的正壓力，進(jìn)而減小定子與動子間的摩擦阻力實現(xiàn)對緩慢變形驅(qū)動階段摩擦驅(qū)動力與快速變形驅(qū)動階段摩擦阻力的綜合調(diào)控，提升整機(jī)輸出性能。同時，本發(fā)明通過將摩擦調(diào)控波耦合施加于定子快速變形階段的驅(qū)動波中，激發(fā)定子處于微幅高頻振動狀態(tài)，從而降低了快速變形驅(qū)動階段定、動子間摩擦阻力，抑制回退運(yùn)動產(chǎn)生，可顯著提升直線壓電馬達(dá)機(jī)械輸出特性。
[0019]綜合以上所述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)，利用斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器軸向剛度分布不均勻產(chǎn)生側(cè)向位移，綜合調(diào)控定子與動子間的摩擦力；本發(fā)明提供的驅(qū)動方法能夠抑制回退運(yùn)動的產(chǎn)生，顯著提升壓電粘滑直線馬達(dá)的機(jī)械輸出性能。斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器與壓電堆疊裝配成一個定子，裝配簡單，易于調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、定位精度高、行程大等特點，非常適合在微納操作、半導(dǎo)體加工、精密光學(xué)儀器、生物微操作以及精密驅(qū)動系統(tǒng)等具有結(jié)構(gòu)微型化、定位精度要求高的領(lǐng)域中應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1.一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)由加載裝置(1)、定子(2)和動子(3)組成;定子(2)安裝在加載裝置(I)上，動子(3)固定安裝在加載裝置(I)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述加載裝置(I)由固定架(1-1)、滑臺(1-2)和加載機(jī)構(gòu)(1-3)組成;其中固定架(1-1)設(shè)置動子安裝螺紋孔(1-1-1)、動子安裝平面(1-1-8)，動子(3)通過動子安裝螺紋孔(1-1-1)安裝固定在動子安裝平面(1-1-8)上，固定架(1-1)底部設(shè)置有固定架安裝孔(1-1-2)，固定架(1-1)通過固定架安裝孔(1-1-2)安裝固定，固定架(1-1)設(shè)置有下限位螺釘(1-1-3)，用于滑臺(1-2)的移動限位，固定架(1-1)設(shè)置有滾珠架(1-1-4)、保持架(1-1-9)，滾珠架(1-1-4)在保持架(1-1-9)中滑動，固定架(1-1)設(shè)置有鎖緊保持架固定螺釘(1-1-5)、鎖緊保持架(1-1-6)和緊固螺釘(1-1-7)，通過調(diào)節(jié)緊固螺釘(1-1-7)實現(xiàn)滑臺(1-2)的止動固定，固定架(1-1)設(shè)置有彈簧(1-1-10)，固定架(1-1)與滑臺(1-2)通過彈簧(1-1-10)連接，固定架(1-1)設(shè)置有下彈簧固定柱(1-1-11)，彈簧(1-1-10)—端固定在下彈簧固定柱(1-1-11)上，固定架(1-1)設(shè)置有加載螺紋孔(1-1-12)，其與加載機(jī)構(gòu)(1-3)進(jìn)行螺紋連接;滑臺(1-2)設(shè)置有螺紋安裝孔(1-2-1)，定子(2)通過螺紋安裝孔(1-2-1)安裝在滑臺(1-2)上，滑臺(1-2)設(shè)置有上限位螺釘(1-2-2)，用于滑臺(1-2)的移動限位，滑臺(1-2)設(shè)置有上彈簧固定柱(1-2-3)，彈簧(1-1-10)另一端固定在上彈簧固定柱(1-2-3)上，滑臺(1-2)側(cè)面設(shè)置有螺紋孔(1-2-4)，螺紋孔(1-2-4)與緊固螺釘(1-1-7)螺紋連接，滑臺(1-2)設(shè)置有滑軌(1-2-5)，滾珠架(1-1-4)在滑軌(1-2-5)上移動;加載機(jī)構(gòu)(1-3)與加載螺紋孔(1-1-12)螺紋連接，通過調(diào)整加載機(jī)構(gòu)(1-3)的旋進(jìn)長度可以調(diào)節(jié)滑臺(1-2)的位置，實現(xiàn)加載裝置(I)對預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述的定子(2)由斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)、壓電堆疊(2-2)、預(yù)緊螺釘(2-3)和調(diào)整墊片(2-4)組成;斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)采用菱形柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有固定安裝孔(2-1-1)，定子(2)通過固定安裝孔(2-1-1)與滑臺(1-2)緊固連接，斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有優(yōu)弧形柔性鉸鏈(2-1-2)、半圓弧形柔性鉸鏈(2-1-5)，用于調(diào)節(jié)斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)的偏轉(zhuǎn)剛度，斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有菱形鉸鏈(2-1-3)，用于調(diào)節(jié)斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)的軸向剛度，斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有定子驅(qū)動足(2-1-4)，斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有預(yù)緊螺釘安裝孔(2-1-6)，預(yù)緊螺釘(2-3)與預(yù)緊螺釘安裝孔(2-1-6)進(jìn)行螺紋連接;壓電堆疊(2-2)的前后端面和預(yù)緊螺釘(2-3)之間設(shè)置有調(diào)整墊片(2-4)04.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述優(yōu)弧形柔性鉸鏈(2-1-2)具有圓角半徑值辦，半圓弧形柔性鉸鏈(2-1-5)具有圓角半徑值R2,Ri與R2的比值為S，S的取值滿足的范圍為0.1?I。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述定子驅(qū)動足(2-1-4)設(shè)置有運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(2-1-4-1)、圓弧型驅(qū)動端(2-1-4-2)，所述運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(2-1-4-1)與圓弧形驅(qū)動端(2-1-4-2)軸線形成一定角度θ，θ的取值滿足的范圍為45。?90。ο6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述定子(2)的斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換器(2-1)可采用7075鋁合金、T1-35A鈦合金或T1-13鈦合金材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述動子(3)為雙列交叉滾柱直線導(dǎo)軌，包括固定導(dǎo)軌(3-1)、活動導(dǎo)軌(3-2)、滾柱保持架(3-3)和導(dǎo)軌安裝螺栓(3-4);固定導(dǎo)軌(3-1)安裝固定于動子安裝平面(1-1-8)上，活動導(dǎo)軌(3-2)端面涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料，滾柱保持架(3-3)為活動導(dǎo)軌(3-2)的運(yùn)動提供導(dǎo)向，導(dǎo)軌安裝螺栓(3-4)用于活動導(dǎo)軌(3-2)的運(yùn)動限位。8.—種斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)復(fù)合激勵方法，該復(fù)合激勵方法基于權(quán)利要求I所述的斜梯形正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達(dá)實現(xiàn);所述復(fù)合激勵方法特征在于所述驅(qū)動波為鋸齒波，所述摩擦調(diào)控波為正弦波，其中鋸齒驅(qū)動波周期為T1，激勵電壓幅值為V1,對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為T2，激勵電壓幅值為V2，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比為IVT2=1?100000，激勵電壓幅值比為WV2大于等于2。
【文檔編號】H02N2/04GK105827144SQ201610387134
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】程廷海, 付賢鵬, 張邦成, 柳虹亮, 秦峰, 宋兆陽
【申請人】長春工業(yè)大學(xué)