[发明专利]运动控制系统及在该系统中使用的紧凑型多用途粘滑压电电动机

说明书

一种运动控制系统(10)，包括基座(15)、由基座(15)支撑并且可相对于基座(15)移动的工作台(20)和联接到基座(15)并且可操作以移动工作台(20)的电动机(25)。电动机(25)包括布置成将电动机(25)连接到基座(15)的安装基座(100)、可与工作台(20)接合的摩擦垫(95)以及包括连接到安装基座(100)的第一端和第二端的联接部(115)。摩擦垫(95)被在第一端和第二端之间连接到联接部(115)。压电元件(90)被布置在安装基座(100)和第二端之间并且响应于电信号可操作以移动摩擦垫(95)和工作台(20)。安装螺钉(55)可从基座(15)的外部接近并且接合联接部(115)。安装螺钉(55)是在电动机(25)和基座(15)之间的唯一附连机构。

技术领域

本发明涉及一种运动控制系统以及用于在运动控制系统中使用的压电电动机。

背景

压电元件被用作定位机械设备时的驱动部件。这些“压电电动机”(有时称为“压电致动器”)具有超出其它类型的传统电动机的一些独特的优点，这使它们成为在特定应用中的优选的选择。压电元件作为运动设备的典型用途是通过使用其放置在电场中时在一个方向上膨胀的特性。通过在一系列电极之间堆叠多个薄的压电元件，也可能会提高压电致动器的相对膨胀，但是该运动仍然相对于设备的整体尺寸保持极小。对于需要行进范围小于几百微米的移动并且分辨率在纳米范围内的应用，压电致动器是通常的喜爱。这些实现可以或可以不使用机械放大器(典型地使用“杠杆臂”原理)，并且直接联接到负载。使用这种类型的驱动机构的压电式运动设备典型地使用基于柔性的机构，并且能够有快的速度和小于纳米的分辨率。

为了实现更长的行进范围，一种类型的已经开发的压电电动机是基于摩擦的配置，其中一个或多个摩擦“腿”与磨擦“轨道”接触。通过在各腿和该轨道之间施加恒定的高的压力，各摩擦腿可以“粘”到该摩擦轨道。压电元件被附连到摩擦“腿”或则“轨道”。当缓慢变化的电压被施加到压电元件时，相应的摩擦元件将移动。由于高摩擦力，两个摩擦元件将“粘”在一起并且一起移动。如果驱动压电元件的电信号非常迅速地变化，摩擦元件将因与所涉及的部件相关联的质量的惯性而相对于彼此“滑动”。在该实际运动在压电元件的缓慢移动阶段期间发生的同时，滑移改变摩擦腿和摩擦轨道之间的相对位置，从而有效地让压电元件来将新的位移添加到以前的一个。大的行进距离可以通过重复这个循环多次并且将小的压电移动有效地“拼接”在一起来实现。这种类型的压电电动机的行进长度典型地仅受限于摩擦轨道的长度。该轨道可以是线性或环状的，允许电动机来产生线性或旋转运动。这些类型的电动机都典型地被称为压电“粘滑”电动机。

最流行的粘滑电动机的当前实现可以被分组在两个类别中，基于各摩擦腿相对于摩擦轨道的配置。第一类型将各摩擦腿布置在摩擦轨道周围，有效地形成了在成形为棒的轨道上的夹具。这些电动机具有同心配置的优点，允许要施加的高预载力而不给它们被安装到的运动设备施压。主要缺点是，该预载力不能被调整并且该行进可以受限于棒的长度。压电元件可以被附连到夹具或者棒，伴随对于每个配置的优点和缺点。

在第二类型的粘滑电动机中，压电元件典型地被附连到一个或多个摩擦腿，其都只在一侧与摩擦轨道接触。这允许电动机的活性零件(压电元件和摩擦腿)来被构建为可能被切向地附连到任何线性或旋转的轨道的单独的单元。这些类型的电动机是更通用的，但有产生较低的力并且向它们被附连到的运动装置的轴承增加应力的缺点。

概述

本发明对现有设计作出一些显著增强。所提出的粘滑电动机配置在可制造性、易用性、简单性、成本和性能方面提高了，同时显著降低了用于所产生的相同的力的电动机的尺寸。