專利名稱：微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種往復(fù)位移驅(qū)動器，特別是一種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，屬于納米技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米技術(shù)依賴于納米精度驅(qū)動、定位、位移測量及相關(guān)加工技術(shù)與設(shè)備。實(shí)現(xiàn)連續(xù)的納米位移是納米加工、操縱、測量等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。納米位移驅(qū)動器在納米加工、光通信、航海、航天、天文、光學(xué)等廣泛的領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。采用傳統(tǒng)的進(jìn)步馬達(dá)，要實(shí)現(xiàn)無振動及重復(fù)精度的納米運(yùn)動是不可能的。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，2001年美國專利號為US61948811，名稱為Driveapparatus(驅(qū)動器)，該專利介紹了一種新的納米運(yùn)動驅(qū)動機(jī)制，通過把重力勢能逐步釋放轉(zhuǎn)化為位移驅(qū)動，該專利驅(qū)動器包括重力源、壓電晶體、運(yùn)動桿、壓電晶體驅(qū)動的夾緊裝置、運(yùn)動桿的固定軸心座等組成部分，其工作原理是這樣的運(yùn)動桿和軸心座存在摩擦力F，當(dāng)F大于重力W時(shí)，運(yùn)動桿是靜止的，不發(fā)生運(yùn)動。當(dāng)壓電晶體施加一脈沖電壓，壓電晶體在脈沖電壓驅(qū)動下產(chǎn)生的膨脹力和重力共同作用，運(yùn)動桿發(fā)生運(yùn)動。當(dāng)脈沖電壓處于零電平時(shí)，壓電晶體發(fā)生回復(fù)，運(yùn)動桿發(fā)生運(yùn)動發(fā)生回復(fù)，這時(shí)回復(fù)的方向與重力方向相反，回復(fù)位移要比前進(jìn)位移小。夾緊裝置使壓電晶體發(fā)生回復(fù)時(shí)，運(yùn)動桿不發(fā)生回復(fù)，從而在連續(xù)脈沖電壓作用下，運(yùn)動桿產(chǎn)生連續(xù)的微小步進(jìn)運(yùn)動，當(dāng)脈沖寬度足夠小，這一微小步進(jìn)具有納米精度。但由于夾緊裝置很難與壓電晶體發(fā)生回復(fù)完全同步，使得運(yùn)動桿的運(yùn)動過程是一帶有鋸齒振動的位移運(yùn)動。該專利技術(shù)在納米運(yùn)動機(jī)制上比以往以尺蠕為基本原理的驅(qū)動機(jī)制上有了突破，但由于其所采用的結(jié)構(gòu)及沒有擺脫尺蠕結(jié)構(gòu)中的夾緊機(jī)構(gòu)，存在四方面的缺陷1、采用重力作為勢能源，使得驅(qū)動器件不能發(fā)生傾斜，只能用于水平工作狀態(tài)；2、直接用勢能驅(qū)動運(yùn)動桿產(chǎn)生納米位移，由于壓電晶體在脈沖電壓驅(qū)動下產(chǎn)生膨脹，當(dāng)脈沖電壓處于零電平時(shí)，壓電晶體發(fā)生回復(fù)，使得運(yùn)動桿的運(yùn)動過程是一帶有鋸齒振動的位移運(yùn)動，即工作狀態(tài)不平穩(wěn)；3、采用壓電晶體驅(qū)動的夾子來控制運(yùn)動桿的自由隨機(jī)滑動，存在加工精度要求高，容易由于夾子力和相位不對稱產(chǎn)生的橫向振動，這種橫向振動對納米精度的位移驅(qū)動器是致命的；4、采用的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)制無法實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，使其克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明主要包括運(yùn)動桿、固定支架、壓電晶體、彈簧壓縮盤、彈簧、質(zhì)量塊、電磁閥、動量驅(qū)動桿、支架軸承、動量接受器，其連接方式為固定支架固定在底座上，運(yùn)動桿的兩端分別設(shè)置動量接受器，動量接受器分別固定于運(yùn)動桿兩端的兩側(cè)上，運(yùn)動桿上兩動量接受器之間設(shè)置支架軸承，支架軸承上設(shè)置電磁閥，支架軸承的兩側(cè)分別設(shè)置固定支架，固定支架有兩個(gè)，形狀、結(jié)構(gòu)相同，固定支架的一端形狀為“L”形，在“L”形的翻角端設(shè)有通孔，固定支架上擱置動量驅(qū)動桿，具體為兩動量驅(qū)動桿的一端分別擱置在兩固定支架的通孔上，動量驅(qū)動桿的另一端分別指向兩動量接受器，動量驅(qū)動桿受固定支架通孔的支撐，動量驅(qū)動桿與動量接受器是斷開的，動量驅(qū)動桿可在軸向上作自由的連續(xù)納米往復(fù)位移，動量驅(qū)動桿上設(shè)置壓電晶體、彈簧壓縮盤、彈簧、質(zhì)量塊，壓電晶體軸向一端指向兩動量接受器，另一端與質(zhì)量塊連接，質(zhì)量塊又與彈簧壓縮盤聯(lián)接，彈簧壓縮盤聯(lián)接在動量驅(qū)動桿的另一端，彈簧壓縮盤徑向尺寸大于動量驅(qū)動桿的徑向尺寸，彈簧套置在動量驅(qū)動桿上，在彈簧壓縮盤和固定支架的“L”形的翻角端之間，受彈簧壓縮盤和固定支架的“L”形的翻角端兩內(nèi)側(cè)的擠壓。
首先彈簧存在壓縮勢能Ec，彈簧的彈性力Fc，由于運(yùn)動桿和支架軸承存在摩擦力fd0，當(dāng)摩擦力fd0大于彈性力Fc，運(yùn)動桿不會發(fā)生左右自由運(yùn)動。當(dāng)脈沖電壓施加到壓電晶體，壓電晶體發(fā)生瞬間膨脹，動量驅(qū)動桿和質(zhì)量塊產(chǎn)生大小相等方向相反的力。當(dāng)質(zhì)量塊的質(zhì)量大于驅(qū)動桿的質(zhì)量，可以使動量驅(qū)動桿產(chǎn)生一定的向前沖量。當(dāng)動量驅(qū)動桿作用于動量接受桿，根據(jù)動量守恒，動量驅(qū)動桿上的動量在瞬間傳遞給了運(yùn)動桿。當(dāng)這一動量足以克服摩擦力和相反方向的彈簧彈性力，運(yùn)動桿就向前運(yùn)動。由于摩擦力的作用，運(yùn)動桿向前運(yùn)動微小距離后就停止。通過精確控制施加在壓電晶體上的脈沖電壓的寬度和幅度，可以使運(yùn)動桿向前微小位移步進(jìn)具有納米精度。在連續(xù)脈沖電壓作用下，可以使動量驅(qū)動桿連續(xù)把微動量傳遞給了運(yùn)動桿，運(yùn)動桿就可以產(chǎn)生連續(xù)的納米位移步進(jìn)運(yùn)動。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明采用把彈性勢能逐步釋放，應(yīng)用不受空間限制，可在三維空間任意轉(zhuǎn)動；采用首先把微勢能轉(zhuǎn)化為微動量，再用微動量驅(qū)動運(yùn)動桿產(chǎn)生納米位移；由于動量具有方向性，不存在運(yùn)動桿回復(fù)的因素，采用可控的均勻摩擦力，控制運(yùn)動桿的自由隨機(jī)滑動；不存在橫向振動，而且縱向振動只要向前半周期。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用納米加工、光通信、航海、航天、天文、光學(xué)等領(lǐng)域。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明主要包括運(yùn)動桿1、固定支架2、壓電晶體3、彈簧壓縮盤4、彈簧5、質(zhì)量塊6、電磁閥7、動量驅(qū)動桿8、支架軸承9、動量接受器10，其連接方式為固定支架2固定在底座上，運(yùn)動桿1的兩端分別設(shè)置動量接受器10，運(yùn)動桿1上兩動量接受器10之間設(shè)置支架軸承9，支架軸承9上設(shè)置電磁閥7，支架軸承9的兩側(cè)分別設(shè)置固定支架2，固定支架2上擱置動量驅(qū)動桿8，動量驅(qū)動桿8的另一端分別指向兩動量接受器10，動量驅(qū)動桿8上設(shè)置壓電晶體3、彈簧壓縮盤4、彈簧5、質(zhì)量塊6。
固定支架2有兩個(gè)，形狀、結(jié)構(gòu)相同，固定支架2的一端形狀為“L”形。固定支架2的“L”形的翻角端設(shè)有通孔，兩動量驅(qū)動桿8的一端分別擱置在兩固定支架2的通孔上。壓電晶體3軸向一端指向兩動量接受器10，另一端與質(zhì)量塊6連接，質(zhì)量塊6又與彈簧壓縮盤4聯(lián)接，彈簧壓縮盤4聯(lián)接在動量驅(qū)動桿8的另一端。彈簧5套置在動量驅(qū)動桿8上，并在彈簧壓縮盤4和固定支架2的“L”形的翻角端之間。彈簧壓縮盤4徑向尺寸大于動量驅(qū)動桿8的徑向尺寸。動量驅(qū)動桿8與動量接受器10的連接是斷開的。動量接受器10分別固定于運(yùn)動桿1兩端的兩側(cè)上。
權(quán)利要求
1.一種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，主要包括運(yùn)動桿(1)、固定支架(2)、壓電晶體(3)、質(zhì)量塊(6)、動量驅(qū)動桿(8)、動量接受器(10)，其特征在于還包括彈簧壓縮盤(4)、彈簧(5)、電磁閥(7)、支架軸承(9)，其連接方式為固定支架(2)固定在底座上，運(yùn)動桿(1)的兩端分別設(shè)置動量接受器(10)，運(yùn)動桿(1)上兩動量接受器(10)之間設(shè)置支架軸承(9)，支架軸承(9)上設(shè)置電磁閥(7)，支架軸承(9)的兩側(cè)分別設(shè)置固定支架(2)，固定支架(2)上擱置動量驅(qū)動桿(8)，動量驅(qū)動桿(8)的另一端分別指向兩動量接受器(10)，動量驅(qū)動桿(8)上設(shè)置壓電晶體(3)、彈簧壓縮盤(4)、彈簧(5)、質(zhì)量塊(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，其特征是固定支架(2)有兩個(gè)，形狀、結(jié)構(gòu)相同，固定支架(2)的一端形狀為“L”形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的這種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，其特征是固定支架(2)的“L”形的翻角端設(shè)有通孔，兩動量驅(qū)動桿(8)的一端分別擱置在兩固定支架(2)的通孔上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，其特征是壓電晶體(3)軸向一端指向兩動量接受器(10)，另一端與質(zhì)量塊(6)連接，質(zhì)量塊(6)又與彈簧壓縮盤(4)聯(lián)接，彈簧壓縮盤(4)聯(lián)接在動量驅(qū)動桿(8)的另一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，其特征是彈簧壓縮盤(4)徑向尺寸大于動量驅(qū)動桿(8)的徑向尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，其特征是彈簧(5)套置在動量驅(qū)動桿(8)上，并在彈簧壓縮盤(4)和固定支架(2)的“L”形的翻角端之間，受彈簧壓縮盤(4)和固定支架(2)的“L”形的翻角端兩內(nèi)側(cè)的擠壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，其特征是動量驅(qū)動桿(8)與動量接受器(10)的連接是斷開的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器，其特征是動量接受器(10)分別固定于運(yùn)動桿(1)兩端的兩側(cè)上。
全文摘要
一種微動量驅(qū)動連續(xù)納米往復(fù)位移驅(qū)動器屬于納米技術(shù)領(lǐng)域。主要包括運(yùn)動桿、固定支架、壓電晶體、彈簧壓縮盤、彈簧、質(zhì)量塊、電磁閥、動量驅(qū)動桿、支架軸承、動量接受器，其連接方式為固定支架固定在底座上，運(yùn)動桿的兩端分別設(shè)置動量接受器，兩動量接受器之間設(shè)置支架軸承，支架軸承上設(shè)置電磁閥，固定支架上擱置動量驅(qū)動桿，動量驅(qū)動桿上設(shè)置壓電晶體、彈簧壓縮盤、彈簧、質(zhì)量塊。本發(fā)明采用把彈性勢能逐步釋放，不受空間限制，采用把微勢能轉(zhuǎn)化為微動量，驅(qū)動運(yùn)動桿產(chǎn)生納米位移，不存在運(yùn)動桿回復(fù)的因素，采用可控的均勻摩擦力，控制運(yùn)動桿的自由隨機(jī)滑動，不存在橫向振動，可廣泛應(yīng)用納米加工、光通信、航海、航天、天文、光學(xué)等領(lǐng)域。
文檔編號H02N2/02GK1402423SQ0213725
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者王慶康 申請人:上海交通大學(xué)