雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)及電激勵(lì)方式的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)及電激勵(lì)方式，電機(jī)由兩個(gè)定子組、動(dòng)子/直線導(dǎo)軌、預(yù)壓導(dǎo)軌、預(yù)壓彈簧及基座組成；兩個(gè)定子組沿軸對(duì)稱分布，一端與預(yù)壓導(dǎo)軌固連，一端與基座固連；在預(yù)壓彈簧彈性形變產(chǎn)生的彈性回復(fù)力作用下，兩個(gè)定子組與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌保持接觸，使壓電直線電機(jī)具有斷電自鎖功能。定子組由壓電作動(dòng)單元、柔性連接件、驅(qū)動(dòng)足構(gòu)成，壓電作動(dòng)單元兩端通過柔性連接件與驅(qū)動(dòng)足和基座相連。壓電作動(dòng)單元為組件化結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了電機(jī)的裝配效率，且易于實(shí)現(xiàn)批量化生。通過給壓電作動(dòng)單元里疊層壓電陶瓷組施加特定的激勵(lì)電壓信號(hào)，可使兩個(gè)定子組驅(qū)動(dòng)足交替驅(qū)動(dòng)動(dòng)子/直線導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)及電激勵(lì)方式【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)及電激勵(lì)方式，屬于壓電精密致動(dòng)【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來，隨著集成電路制造、生物醫(yī)學(xué)、精密制造、光電子/光纖工業(yè)等高新【技術(shù)領(lǐng)域】的快速發(fā)展，迫切需要微、納米級(jí)的驅(qū)動(dòng)器。而傳統(tǒng)電磁驅(qū)動(dòng)器由于微型化時(shí)效率低、定位精度不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素，已經(jīng)不能完全滿足要求。于是世界各國(guó)開始探索和研發(fā)能滿足上述要求的各種新型驅(qū)動(dòng)器。
[0003]壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，據(jù)此效應(yīng)設(shè)計(jì)的壓電直線電機(jī)通過摩擦耦合的方式將壓電陶瓷微米級(jí)的往復(fù)振動(dòng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)子單向運(yùn)動(dòng)，具有斷電自鎖、可直接推動(dòng)負(fù)載、精度高、響應(yīng)快等特點(diǎn)，在精密定位、光纖對(duì)接、光學(xué)穩(wěn)像、醫(yī)療設(shè)備、武器裝備和航空航天領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]壓電直線電機(jī)按照振動(dòng)方式可以分為共振式和非共振式兩種。共振式壓電直線電機(jī)是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)及超聲振動(dòng)原理將彈性體的微幅振動(dòng)通過共振放大和摩擦耦合原理轉(zhuǎn)換成動(dòng)子宏觀的直線運(yùn)動(dòng)。共振狀態(tài)是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，定子的固有頻率會(huì)隨著溫度等的變化而發(fā)生改變，導(dǎo)致工作頻率漂移；而且在共振頻率附近，驅(qū)動(dòng)頻率的微小變化都會(huì)使電機(jī)的速度發(fā)生明顯變化，這極大地影響了電機(jī)的穩(wěn)定性。另外共振式電機(jī)由于受結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響較大，多采用單驅(qū)動(dòng)足設(shè)計(jì)，工作在超聲頻域內(nèi)(> 20KHz)，在低頻范圍(<2KHz)內(nèi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)足不能與動(dòng)子導(dǎo)軌有效脫離，因而在該頻域段是失效的。非共振式壓電直線電機(jī)采用疊層壓電陶瓷作為激振元件，它在較小的電壓驅(qū)動(dòng)下能有較大的位移輸出，定子無需共振即可使驅(qū)動(dòng)足產(chǎn)生足夠的振幅來驅(qū)動(dòng)動(dòng)子，從而提高了電機(jī)的穩(wěn)定性。
[0005]疊層壓電陶瓷具有大推力的特點(diǎn)，為克服其行程的限制，出現(xiàn)了用疊層壓電陶瓷作為動(dòng)力源并采用交替箝位方式工作的壓電步進(jìn)電機(jī)，這類電機(jī)可以在輸出推力的同時(shí)具有無限的行程，還能獲得.無限的閉環(huán)位置分辨率，由于采用靜摩擦力耦合的方式輸出步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，這種作動(dòng)器要比采用滑動(dòng)摩擦力耦合方式的共振式超聲電機(jī)擁有更大的推力。然而，現(xiàn)有技術(shù)有以下四個(gè)技術(shù)難題:
第一，尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)的關(guān)鍵是要兩個(gè)箝位單位能夠交替鎖緊平行導(dǎo)軌，而兩個(gè)箝位單元在運(yùn)動(dòng)方向上相隔一段距離，這要求平行導(dǎo)軌的平行度要足夠高，現(xiàn)有技術(shù)條件下，要實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的兩個(gè)導(dǎo)軌具有較高的平行度很困難，需要較高的制作成本；
第二，尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)的平行導(dǎo)軌是固定的，箝位單元兩端的磨損將最終導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)箝位，導(dǎo)致失效；
第三，疊層壓電陶瓷只能承受較小的拉力，但能承受較大的推力，因此，在驅(qū)動(dòng)單元縮短時(shí)，疊層壓電陶瓷的做功能力就很小，這就降低動(dòng)子的效率；
第四，在所有疊層壓電陶瓷都斷電的情況下，箝位單元與平行導(dǎo)軌之間的鎖緊力遠(yuǎn)小于箝位單元鎖緊平行導(dǎo)軌的鎖緊力，因此尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)幾乎沒有斷電自鎖的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)及電激勵(lì)方式，其具有推力大，大行程，效率高，壽命長(zhǎng)，成本低，可雙向運(yùn)動(dòng)且具備斷電自鎖功能。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)，其包括兩個(gè)定子組、動(dòng)子/直線導(dǎo)軌、預(yù)壓導(dǎo)軌、預(yù)壓彈簧及基座，所述兩個(gè)定子組沿軸對(duì)稱分布，所述定子組的一端與預(yù)壓導(dǎo)軌固連，另一端與基座固連，所述預(yù)壓彈簧將定子組壓在動(dòng)子/直線導(dǎo)軌和預(yù)壓導(dǎo)軌之間，所述兩個(gè)定子組在預(yù)壓彈簧彈性形變產(chǎn)生的彈性回復(fù)力作用下與所述動(dòng)子/直線導(dǎo)軌保持接觸以使得壓電直線電機(jī)斷電自鎖。
[0008]所述定子組包括兩個(gè)壓電作動(dòng)單元、一個(gè)驅(qū)動(dòng)足及四個(gè)柔性連接件，所述兩個(gè)壓電作動(dòng)單元與驅(qū)動(dòng)足通過柔性連接件連接，所述兩個(gè)壓電作動(dòng)單元作動(dòng)軸線相互垂直，所述其中一個(gè)壓電作動(dòng)單元作動(dòng)軸線與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向平行，所述另一個(gè)壓電作動(dòng)單元作動(dòng)軸線與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向垂直，所述柔性連接件上開設(shè)兩組類‘M’型割縫，兩組割縫沿橫截面對(duì)稱且沿軸線作90°扭轉(zhuǎn)。
[0009]所述壓電作動(dòng)單元分為支撐塊、拉簧、銷釘、軸卡、疊層壓電陶瓷組、固定楔塊、調(diào)整楔塊及調(diào)整塊，所述支撐塊通過拉簧及銷釘連接成一體，所述疊層壓電陶瓷組與固定楔塊、調(diào)整楔塊及調(diào)整塊軸向串接置于支撐塊間，通過所述調(diào)整楔塊的楔緊給疊層壓電陶瓷組施加預(yù)緊力，所述軸卡置于銷釘端部，固定銷釘沿孔向運(yùn)動(dòng)。
[0010]所述驅(qū)動(dòng)足包括驅(qū)動(dòng)足本體及粘接在驅(qū)動(dòng)足本體端部的陶瓷球，所述驅(qū)動(dòng)足本體材料為45#鋼，陶瓷球材料為氧化錯(cuò)或氮化娃。
[0011]所述壓電作動(dòng)單元上包括有疊層壓電陶瓷組，所述兩個(gè)定子組的結(jié)構(gòu)相同。
[0012]本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案:一種雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)的電激勵(lì)方式:
激勵(lì)電機(jī)兩個(gè)定子組四個(gè)作動(dòng)單元上的四組疊層壓電陶瓷組，使驅(qū)動(dòng)足交替驅(qū)動(dòng)動(dòng)子/直線導(dǎo)軌；
對(duì)垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組施加同頻率且反相的正弦波電壓信號(hào)，對(duì)平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組施加與垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的疊層壓電陶瓷組同頻率且有η/2相位差的正弦波電壓信號(hào)；
對(duì)垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組施加同頻率且反相的方波電壓信號(hào)，對(duì)平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組施加與垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的疊層壓電陶瓷組同頻率同初相位的三角波電壓信號(hào)。
[0013]對(duì)施加在平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組上激勵(lì)信號(hào)取反，以使得電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)。
[0014]本發(fā)明具有如下有益效果:
(I)本發(fā)明的壓電電機(jī)中采用雙驅(qū)動(dòng)足設(shè)計(jì)，一方面解決單驅(qū)動(dòng)足電機(jī)在低頻域的不能與導(dǎo)軌脫離的問題，另一方面解決非共振式尺蠖電機(jī)箝位力不足及兩個(gè)箝位單元相距較遠(yuǎn)問題，一對(duì)驅(qū)動(dòng)足在動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向上處于同一位置而且彼此靠近，工作時(shí)二者交替差動(dòng)，一個(gè)周期驅(qū)動(dòng)足做功兩次，提高了電機(jī)效率；靠預(yù)壓彈簧提供產(chǎn)生摩擦力所需的接觸力，充分利用疊層壓電陶瓷抗壓剛度大的優(yōu)勢(shì)，不僅提高了電機(jī)推力，而且保證了推力的穩(wěn)定;
(2)本發(fā)明電機(jī)的驅(qū)動(dòng)足始終由預(yù)壓彈簧壓緊在動(dòng)子上，這使電機(jī)具有斷電自鎖的能力；而此會(huì)加劇驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子導(dǎo)軌的磨損，本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)足端部采用高硬度高耐磨性的陶瓷材料，這將大大提高的電機(jī)的使用壽命；
(3)本發(fā)明所述壓電作動(dòng)單元為組件化結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了電機(jī)的裝配效率，且易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)；
(4)本發(fā)明所述壓電電機(jī)由于兩組壓電作動(dòng)單元正交放置，工作模式簡(jiǎn)單，可采用兩種不同激勵(lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；工作時(shí)只需平行于動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組上激勵(lì)信號(hào)取反，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0016]圖2(a)是壓電電機(jī)定子組構(gòu)成組件結(jié)構(gòu)分解圖。
[0017]圖2(b)是壓電作動(dòng)單元各構(gòu)成組件結(jié)構(gòu)分解圖。
[0018]圖3是本發(fā)明雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)兩種電激勵(lì)信號(hào)時(shí)序圖。
[0019]其中:
1、I’ -定子組；2-動(dòng)子/直線導(dǎo)軌；3_預(yù)壓導(dǎo)軌；4_預(yù)壓彈簧；5_基座；a、b_壓電作動(dòng)單元；c_驅(qū)動(dòng)足；cl_驅(qū)動(dòng)足本體；c2_陶瓷球；d、e、f、g-柔性連接件；al、a2_支撐塊；a3、a4-拉簧；a5、a6_銷釘；a7、a8_軸卡；a9、b9、a9’、b9’ -疊層壓電陶瓷組;aa_固定楔塊；ab_調(diào)整楔塊；ac_調(diào)整塊。
【具體實(shí)施方式】
[0020]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3所示，本發(fā)明雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)，由兩個(gè)定子組1、1’、動(dòng)子/直線導(dǎo)軌2、預(yù)壓導(dǎo)軌3、預(yù)壓彈簧4及基座5組成。其中壓電直線電機(jī)的兩個(gè)定子組1、I’沿軸對(duì)稱分布，一端與預(yù)壓導(dǎo)軌3固連，一端與基座5固連；在預(yù)壓彈簧4彈性形變產(chǎn)生的彈性回復(fù)力作用下，兩個(gè)定子組1、I’與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌2保持接觸，使壓電直線電機(jī)具有斷電自鎖功能。
[0021]兩個(gè)定子組I和I’并列放置，沿Y軸對(duì)稱，通過預(yù)壓彈簧4將定子組1、1’壓在動(dòng)子/直線導(dǎo)軌2和預(yù)壓導(dǎo)軌3之間；定子組1、1’可由緊固件(未標(biāo)示)連接在預(yù)壓導(dǎo)軌3及基座5上。
[0022]上述壓電直線電機(jī)定子組1、I’的結(jié)構(gòu)相同，現(xiàn)下述僅僅具體介紹壓電直線電機(jī)定子組I的結(jié)構(gòu)，壓電直線電機(jī)定子組I’的結(jié)構(gòu)參照壓電直線電機(jī)定子組I的結(jié)構(gòu)。其中壓電直線電機(jī)定子組I包括兩個(gè)壓電作動(dòng)單元a、b、一個(gè)驅(qū)動(dòng)足c及四個(gè)柔性連接件d、e、f、g ;兩個(gè)壓電作動(dòng)單元a、b與驅(qū)動(dòng)足c通過柔性連接件d、e、f、g連接；兩個(gè)壓電作動(dòng)單元
a、b作動(dòng)軸線相互垂直，一個(gè)壓電作動(dòng)單元a作動(dòng)軸線與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向平行，另一個(gè)壓電作動(dòng)單元b作動(dòng)軸線與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向垂直。柔性連接件d、e、f、g上開設(shè)兩組類‘M’型割縫，兩組割縫沿橫截面對(duì)稱且沿軸線作90°扭轉(zhuǎn)，以便驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)足c能夠在XOY面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
[0023]圖2(a)是壓電電機(jī)定子組構(gòu)成組件結(jié)構(gòu)分解圖，裝配時(shí)，先將兩個(gè)柔性連接件d、e旋入壓電作動(dòng)單元a兩端，將兩個(gè)柔性連接件f、g旋入壓電作動(dòng)單元b兩端，然后以組件形式垂直連接到驅(qū)動(dòng)足c兩端，使定子組在空間上成90°正交。
[0024]上述雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)足c包括驅(qū)動(dòng)足本體Cl及粘接在驅(qū)動(dòng)足本體Cl端部的陶瓷球c2，驅(qū)動(dòng)足本體Cl材料為45#鋼，陶瓷球c2材料為氧化鋯或氮化硅，以提高驅(qū)動(dòng)足的耐磨性，從而提高了電機(jī)的壽命。
[0025]上述壓電作動(dòng)單元為組件化結(jié)構(gòu)，分為支撐塊al、a2、拉簧a3、a4、銷釘a5、a6、軸卡a7、a8、疊層壓電陶瓷組a9、固定楔塊aa、調(diào)整楔塊ab及調(diào)整塊ac ;支撐塊al、a2通過拉簧a3、a4及銷釘a5、a6連接成一體；疊層壓電陶瓷組a9與固定楔塊aa、調(diào)整楔塊ab及調(diào)整塊ac軸向串接置于支撐塊al、a2間；通過調(diào)整楔塊ab的楔緊給疊層壓電陶瓷組a9施加預(yù)緊力；軸卡a7、a8置于銷釘a5、a6端部，固定銷釘沿孔向運(yùn)動(dòng)。
[0026]圖2(b)是壓電作動(dòng)單元各構(gòu)成組件結(jié)構(gòu)分解圖，裝配時(shí)先將兩支撐塊al、a2和拉簧a3、a4通過銷釘a5、a6連接,在銷釘a5、a6端部安裝軸卡a7、a8,以防止銷釘沿孔軸方向移動(dòng)。然后將疊層壓電陶瓷組a9與固定楔塊aa、調(diào)整楔塊ab及調(diào)整塊ac軸向串接置于支撐塊al、a2間，構(gòu)成組件化壓電作動(dòng)單元。本發(fā)明中壓電作動(dòng)單元兩端的柔性連接件通過線切割加工出兩組類‘M’型割縫，先在一端割出第一條割縫，后將柔性連接件繞橫截面翻轉(zhuǎn)并繞軸線旋轉(zhuǎn)90°后切割出第二條割縫。
[0027]在本發(fā)明的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)中定子組I包括有兩個(gè)壓電作動(dòng)單元a、b，其上包括有疊層壓電陶瓷組a9、b9。由于本發(fā)明中的壓電直線電機(jī)定子組I’的結(jié)構(gòu)與壓電直線電機(jī)定子組I的結(jié)構(gòu)相同，同樣的，壓電直線電機(jī)定子組I’中亦包括有兩個(gè)壓電作動(dòng)單元(未標(biāo)示)，其上包括有疊層壓電陶瓷組a 9’、b9’。
[0028]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖2并結(jié)合圖3所示，本發(fā)明雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)的電激勵(lì)方式如下:激勵(lì)電機(jī)兩個(gè)定子組1、1’四個(gè)作動(dòng)單元上的四組疊層壓電陶瓷組&9^9、&9’49’，使驅(qū)動(dòng)足交替驅(qū)動(dòng)動(dòng)子/直線導(dǎo)軌；電激勵(lì)方式I為對(duì)垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組b9、b9’施加同頻率且反相的正弦波電壓信號(hào)，對(duì)平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組a9、a9’施加與疊層壓電陶瓷組b9 (或b9’)同頻率且有π /2相位差的正弦波電壓信號(hào)。電激勵(lì)方式II為對(duì)垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組b9、b9’施加同頻率且反相的方波電壓信號(hào)，對(duì)平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組a9、a9’施加與疊層壓電陶瓷組b9 (或b9’)同頻率同初相位的三角波電壓信號(hào)。
[0029]對(duì)電激勵(lì)方式I或II，對(duì)施加在平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組a9、a9’上激勵(lì)信號(hào)取反，可使電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)。
[0030]通過對(duì)兩組定子上的四組疊層壓電陶瓷組施加如圖3所示的兩種電激勵(lì)信號(hào)，四組疊層壓電陶瓷作相應(yīng)的伸長(zhǎng)與縮短，通過摩擦驅(qū)動(dòng)動(dòng)子/直線導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)作動(dòng)周期T內(nèi)，電機(jī)的動(dòng)作時(shí)序如下:
在0-T/2階段，垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組b9伸長(zhǎng)，b9’縮短，使得壓電直線電機(jī)定子組I中的驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌接觸，壓電直線電機(jī)定子組I’中的驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌脫離。平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組a9伸長(zhǎng)，壓電直線電機(jī)定子組I中的驅(qū)動(dòng)足推動(dòng)動(dòng)子/直線導(dǎo)軌沿X軸正向運(yùn)動(dòng)；
在T/2-T，垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組b9縮短，b9’伸長(zhǎng)，使得壓電直線電機(jī)定子組I中的驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌脫離，壓電直線電機(jī)定子組I’中的驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌接觸。平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組a9’縮短，壓電直線電機(jī)定子組I’中的驅(qū)動(dòng)足推動(dòng)動(dòng)子/直線導(dǎo)軌繼續(xù)沿X軸正向運(yùn)動(dòng)。
[0031]按上述時(shí)序重復(fù)，壓電電機(jī)將推動(dòng)運(yùn)動(dòng)件連續(xù)單向運(yùn)動(dòng)。通過對(duì)平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組a9和a9’電激勵(lì)取反，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)子/直線導(dǎo)軌的反向運(yùn)動(dòng)。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)，其包括兩個(gè)定子組(l、r)、動(dòng)子/直線導(dǎo)軌(2)、預(yù)壓導(dǎo)軌(3)、預(yù)壓彈簧(4)及基座(5)，其特征在于:所述兩個(gè)定子組(1、1’)沿軸對(duì)稱分布，所述定子組(1、1’)的一端與預(yù)壓導(dǎo)軌(3)固連，另一端與基座(5)固連，所述預(yù)壓彈簧(4)將定子組(1、1’)壓在動(dòng)子/直線導(dǎo)軌(2)和預(yù)壓導(dǎo)軌(3)之間，所述兩個(gè)定子組(1、1’)在預(yù)壓彈簧(4)彈性形變產(chǎn)生的彈性回復(fù)力作用下與所述動(dòng)子/直線導(dǎo)軌(2)保持接觸以使得壓電直線電機(jī)斷電自鎖。
2.如權(quán)利要求1所述的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)，其特征在于:所述定子組(I)包括兩個(gè)壓電作動(dòng)單元(a、b)、一個(gè)驅(qū)動(dòng)足(c)及四個(gè)柔性連接件(d、e、f、g)，所述壓電作動(dòng)單元(a)與驅(qū)動(dòng)足(c)通過柔性連接件(d、e)連接，所述壓電作動(dòng)單元(b)與驅(qū)動(dòng)足(c)通過柔性連接件(f、g)連接，所述兩個(gè)壓電作動(dòng)單元(a、b)作動(dòng)軸線相互垂直，所述壓電作動(dòng)單元(a)作動(dòng)軸線與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向平行，所述壓電作動(dòng)單元(b)作動(dòng)軸線與動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向垂直，所述柔性連接件(d、e、f、g)上開設(shè)兩組類‘M’型割縫，兩組割縫沿橫截面對(duì)稱且沿軸線作90°扭轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)，其特征在于:所述壓電作動(dòng)單元(a)分為支撐塊(al、a2)、拉簧(a3、a4)、銷釘(a5、a6)、軸卡(a7、a8)、疊層壓電陶瓷組(a9)、固定楔塊(aa)、調(diào)整楔塊(ab)及調(diào)整塊(ac)，所述支撐塊(al、a2)通過拉簧(a3、a4)及銷釘(a5、a6)連接成一體，所述疊層壓電陶瓷組(a9)與固定楔塊(aa)、調(diào)整楔塊(ab)及調(diào)整塊(ac)軸向串接置于支撐塊(al、a2)間，通過所述調(diào)整楔塊(ab)的楔緊給疊層壓電陶瓷組(a9)施加預(yù)緊力,所述軸卡(a7、a8)置于銷釘(a5、a6)端部，固定銷釘沿孔向運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)足(C)包括驅(qū)動(dòng)足本體(Cl)及粘接在驅(qū)動(dòng)足本體(Cl)端部的陶瓷球(c2)，所述驅(qū)動(dòng)足本體(Cl)材料為45#鋼，陶瓷球(c2)材料為氧化鋯或氮化硅。
5.如權(quán)利要求4所述的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)，其特征在于:所述壓電作動(dòng)單元(b)上包括有疊層壓電陶瓷組(b9)， 所述定子組(Γ)的結(jié)構(gòu)與所述定子組(I)的結(jié)構(gòu)相同。
6.如權(quán)利要求5所述的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)，其特征在于:所述定子組I’中包括有兩個(gè)壓電作動(dòng)單元，所述兩個(gè)壓電作動(dòng)單元上包括有疊層壓電陶瓷組(a9 ’、b9 ’)。
7.—種如權(quán)利要求6所述的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)的電激勵(lì)方式，其特征在于: 激勵(lì)電機(jī)兩個(gè)定子組四個(gè)作動(dòng)單元上的四組疊層壓電陶瓷組(a9、b9、a9’、b9’)，使驅(qū)動(dòng)足交替驅(qū)動(dòng)動(dòng)子/直線導(dǎo)軌； 對(duì)垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組(b9、b9’ )施加同頻率且反相的正弦波電壓信號(hào)，對(duì)平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組(a9、a9’)施加與疊層壓電陶瓷組(b9、b9’)同頻率且有π/2相位差的正弦波電壓信號(hào)； 對(duì)垂直于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組(b9、b9’ )施加同頻率且反相的方波電壓信號(hào)，對(duì)平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組(a9、a9’)施加與疊層壓電陶瓷組(b9、b9’)同頻率同初相位的三角波電壓信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)的電激勵(lì)方式，其特征在于:對(duì)施加在平行于動(dòng)子/直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向疊層壓電陶瓷組(a9、a9’)上激勵(lì)信號(hào)取反，以使得電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】H02N2/04GK103427704SQ201310327108
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】王寅, 黃衛(wèi)清, 李海林 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)