[发明专利]基于杠杆放大的交替步进压电直线电机

说明书

技术领域

本发明属于压电精密致动应用技术领域，尤其涉及一种基于杠杆放大的交替步进压电直线电机。

背景技术

压电直线电机是一种新型的直线作动机构，近几年发展迅速，引起了国内外研究人员的广泛关注，其利用了压电材料的逆压电效应，一般具有特定的结构形式。压电直线电机具有较高的推重比，易于微型化，能直接产生直线输出、结构简单、响应快、位置和速度控制精度高、无电磁干扰等优点，可以满足高新技术对精密定位技术的要求。当前，研究者们已经研发出种类繁多的压电直线电机，其中一些实现了商品化。

根据压电器件对驱动足激振方式的不同，压电直线电机可分为共振式和非共振式两种：共振式压电直线电机利用压电元件激发定子弹性体的共振，从而得到放大的变形，再由这种变形来驱动，主要有驻波型、行波型、声表面波型及模态复合型等；非共振式压电直线电机大都采用自身变形较大（可达微米级）的叠层式压电元件作为驱动元件，主要有直接驱动式、尺蠖原理式、位移放大式及惯性冲击式。

在非共振式压电直线电机中，直接驱动式电机直接利用压电元件的变形驱动，位置分辨率高，输出推力较大，但是行程较小；尺蠖原理式电机利用多个压电元件间的特定关系的交替驱动和箝位实现高精度步进，具有大行程，但是该种电机对加工精度要求很高，输出推力通常较小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中由于叠层压电陶瓷输出位移较小、加工误差导致的电机输出稳定性较低的问题，提供一种基于杠杆放大的交替步进压电直线电机。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于杠杆放大的交替步进压电直线电机，包含底板、第一至第三滑轨、第一至第三滑块、定子、预压固定块和预压螺钉；

所述第一至第三滑块分别对应第一至第三滑轨，能够在其上滑动；

所述第一至第三滑轨均固定在底板上，其中，第二滑轨和第三滑轨相互平行、在第一滑轨的同一侧且均与第一滑轨垂直；

所述定子包含框体、以及第一至第四压电单元；

所述第一至第四压电单元均包含杠杆放大机构、叠层压电陶瓷组和预紧螺钉；

所述框体呈U型，包含第一侧边、第二侧边和底边，所述第一侧边、第二侧边和底边之间的夹角均为直角；

所述第一侧边固定在第二滑块上，第二侧边固定在第三滑块上，且第一侧边、第二侧边在底边和第一滑块之间，框体能够在第二滑轨、第三滑轨上滑动；

所述第四压电单元的杠杆放大机构的一端与所述第一侧边的内侧呈90度柔性铰链连接，另一端与所述第一压电单元的杠杆放大机构的一端呈90度柔性铰链连接；

所述第一压电单元的杠杆放大机构的另一端与所述第一滑块相抵；

所述第三压电单元的杠杆放大机构的一端与所述第二侧边的内侧呈90度柔性铰链连接，另一端与所述第二压电单元的杠杆放大机构的一端呈90度柔性铰链连接；

所述第二压电单元的杠杆放大机构的另一端与所述第一滑块相抵；

所述第一压电单元的叠层压电陶瓷组和第四压电单元的杠杆放大机构平行，一端和所述第一压电单元的杠杆放大机构的中点部分相抵，另一端与穿过第一侧边的第一压电单元的预紧螺钉的端部相抵；

所述第二压电单元的叠层压电陶瓷组和第三压电单元的杠杆放大机构平行，一端和所述第二压电单元的杠杆放大机构的中点部分相抵，另一端与穿过第二侧边的第二压电单元的预紧螺钉的端部相抵；

所述第三压电单元的叠层压电陶瓷组和第二侧边平行，一端和所述第三压电单元的杠杆放大机构相抵，另一端与穿过底边的第三压电单元的预紧螺钉的端部相抵；

所述第四压电单元的叠层压电陶瓷组和第一侧边平行，一端和所述第四压电单元的杠杆放大机构相抵，另一端与穿过底边的第四压电单元的预紧螺钉的端部相抵；

所述底边上设有供预压螺钉穿过的通孔；

所述预压固定块固定在底板上，其上设有和所述预压螺钉相匹配的螺纹孔；

所述预压螺钉穿过所述通孔与所述预压固定块螺纹连接，用于调节第一压电单元的杠杆放大机构、第二压电单元的杠杆放大机构与第一滑块之间的压力。

作为本发明基于杠杆放大的交替步进压电直线电机进一步的优化方案，所述第一压电单元的杠杆放大机构、第二压电单元的杠杆放大机构与第一滑块之间设有耐磨陶瓷条；

所述耐磨陶瓷条固定在第一滑块上，第一压电单元的杠杆放大机构、第二压电单元的杠杆放大机构与其相抵。