[发明专利]采用d15剪切模式的压电驱动器及精密微动台

说明书

技术领域

本发明涉及精密驱动技术领域，特别是指一种采用d₁₅剪切模式的压电驱动器及包括该压电驱动器的精密微动台。

背景技术

1998年，日本Kurosawa等人提出了一种高速、大推力V形直线超声电机，如图1所示，其压电驱动器包括两个结构对称的兰杰文振子6，两个兰杰文振子6同时做同向的伸缩运动时，形成对称模态，此时，在压电驱动器的驱动端上形成竖直方向的振动，如图2所示；两个兰杰文振子6同时做互为反向的伸缩运动时，形成反对称模态，此时，在压电驱动器的驱动端上形成水平方向的直线运动，如图3所示。压电驱动器的端面运动上由于这两种振动的作用形成在空间上为π/2的相位差，只要激发出这两种振动模态在端面上的时间响应具有π/2的相位差，就可以在压电驱动器的驱动端上形成椭圆运动轨迹。如果在压电驱动器和动子(如滑条)之间施加适当的预压力，使动子和压电驱动器的驱动端接触，通过摩擦力作用，压电驱动器的驱动端就可以驱动动子做直线运动。

另一种压电驱动器如图4所示，四个正方形截面的柱形结构在端头被一个方锥形部分连接，每个方柱朝外的两个面上粘贴有压电陶瓷片7，用于激励方柱部分的弯曲振动。四个方柱由一个薄板8连接，用于支撑压电驱动器。压电驱动器在x方向与y方向具有相同的结构尺寸，理论上具有相同的动态特性。压电驱动器柱形部分在压电陶瓷片作用下可以产生形如图5所示的对称弯曲振动模态，和如图6所示的反对称弯曲振动模态。在这两个模态下，压电驱动器的驱动端9的振动不同：当以对称弯曲振动模态振动时，压电驱动器的驱动端9仅产生z方向的振动；当以反对称弯曲振动模态振动时，压电驱动器的驱动端9产生x方向的振动。若对称弯曲 振动模态和反对称弯曲振动模态的振动同时进行，且具有π/2相位差，压电驱动器的驱动端9就能形成一个椭圆运动，这个椭圆运动可推动压在其上的动子沿x轴运动，若相位差为-π/2，动子沿x轴反向运动。由于压电驱动器在yz平面内具有与xz平面相同的结构，可以同样的激励方式实现动子沿y轴的正、负方向运动。因此，具有这种结构形式的压电驱动器可驱动动子实现两个自由度的直线运动。

上述两种方案都存在以下缺点：(1)压电驱动器通过利用两种振动模态的共振来放大振幅获取轨迹椭圆，共振的方式会使得压电驱动器的尺寸变大，并且尺寸稍小时，振动的频率非常大，实现比较困难；(2)第一种压电驱动器采用d₃₁模式变形，第二种压电驱动器采用d₃₃模式变形，两种模式变形的变形量小，压电驱动器输出力低。

发明内容

本发明提供一种采用d₁₅剪切模式的压电驱动器及包括该压电驱动器的精密微动台，该压电驱动器具有尺寸小；变形量大，输出力高的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种采用d₁₅剪切模式的压电驱动器，包括压电陶瓷主体，所述压电陶瓷主体包括基板和位于所述基板上并可以产生d₁₅剪切模式变形的第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁，所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁竖向设置并沿所述基板长度方向排布；所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的顶端连接有用于与动子连接的第一柔性倒V形架，所述第一柔性倒V形架将所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的d₁₅剪切模式变形转换成椭圆运动轨迹。

进一步的，所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的形状均为柱形长方体，其极化方向相同，均为竖直方向或水平方向；所述第一压电陶瓷悬臂梁的加电方式为：在与所述基板的长度方向垂直的两个侧面中，一个侧面连接有第一驱动信号，另一个侧面接地；所述第二压电陶瓷悬臂梁的加电方式为：在与所述第一压电陶瓷悬臂梁相同的两个侧面上对 应分别连接有第二驱动信号和接地。

进一步的，所述第一驱动信号和第二驱动信号均为正弦信号且相位差为π/2。

进一步的，所述压电陶瓷主体还包括与所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁材质、结构和极化方向完全相同的第三压电陶瓷悬臂梁和第四压电陶瓷悬臂梁，所述第一压电陶瓷悬臂梁、第二压电陶瓷悬臂梁、第三压电陶瓷悬臂梁和第四压电陶瓷悬臂梁呈矩形排布，所述第三压电陶瓷悬臂梁和第四压电陶瓷悬臂梁的顶端连接有第二柔性倒V形架，所述第二柔性倒V形架与所述第一柔性倒V形架的材质和结构完全相同。

进一步的，所述第三压电陶瓷悬臂梁、第四压电陶瓷悬臂梁与所述第一压电陶瓷悬臂梁、第二压电陶瓷悬臂梁的加电方式相反。