[发明专利]非对称结构精密压电粘滑直线马达及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非对称结构精密压电粘滑直线马达及其驱动方法，属于微纳精密驱动与定位技术领域。

背景技术

压电粘滑直线马达是一种利用压电元件的逆压电效应，在非对称电信号激励下激发振子（或称定子）产生微幅振动，通过振子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的精密微纳驱动器。按照驱动工作原理的不同，压电粘滑直线马达主要分为共振型压电马达（也称超声波电机）与非共振型压电马达（也称压电粘滑马达）两大类。与共振型压电马达相比，压电粘滑直线马达具有结构简单紧凑、定位精度高和控制方便等优点，被广泛应用于精密驱动与定位技术领域。

压电粘滑驱动主要是将锯齿激励电信号施加于压电元件，激发定子产生快慢交替的运动变形，控制定子与动子在“粘”和“滑”两种运动状态之间相互转换，利用摩擦力驱动动子实现机械运动输出。然而，由于压电粘滑驱动缓慢与快速变形阶段，定子与动子间摩擦力起到不同作用，具体为缓慢变形驱动阶段时表现为摩擦驱动力，而快速变形驱动阶段时表现为摩擦阻力。已有公开技术表明当前压电粘滑直线马达无法实现对整个驱动过程的摩擦力进行综合调控，导致其输出机械性能受限。特别在定子的快速变形驱动阶段，由于动子所受摩擦力与其运动方向相反，当动子惯性力不足以克服该摩擦阻力时，将会导致动子产生回退运动，表现为类锯齿状的不平稳运动输出，劣化输出性能，已有锯齿激励电信号无法实现对压电粘滑直线马达快速变形驱动阶段摩擦力的调控，进一步限制了压电粘滑直线马达的应用与发展。

发明内容

为解决已有压电粘滑直线马达由于定子与动子间摩擦力综合调控困难，所导致的输出机械性能受限，产生类锯齿状不平稳运动输出，劣化输出性能等技术问题，本发明公开了一种非对称结构精密压电粘滑直线马达及其驱动方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述的非对称结构精密压电粘滑直线马达由固定支架、加载机构、定子和动子组成。

固定支架采用“L”字型结构，具体包括固定支架安装孔、加载机构螺纹安装孔、导轨安装平面和导轨螺纹安装孔。所述固定支架安装孔可与其它平台装置进行固定，加载机构螺纹安装孔用于加载机构的固定，所述导轨安装平面和导轨螺纹安装孔用于安装动子。

所述加载机构为非对称结构精密压电粘滑直线马达的锁紧力调节机构，所述加载机构包括下固定平台、上活动平台、手动调节螺杆和紧固螺钉。所述下固定平台设置有螺纹孔，其用于与手动调节螺杆进行螺纹连接，所述下固定平台设置有弹簧固定柱，用于安装弹簧，所述下固定平台设置有导轨，用于上活动平台的移动，所述导轨设置有导轨安装螺钉，所述下固定平台底部设置有安装孔，通过螺纹连接可实现与固定支架之间的固定安装，所述下固定平台设置有锁紧保持架和锁紧保持架固定螺钉，通过调节紧固螺钉，可以实现对上活动平台的锁紧，防止加载完成后上活动平台的移动。所述上活动平台上端面设置有螺纹孔，用于安装定子，所述上活动平台的侧面设置有螺纹安装孔，所述螺纹安装孔与紧固螺钉进行螺纹连接。

所述定子包括切口型铰链、压电堆叠、预紧螺钉和调整垫片。所述切口型铰链采用非对称平行四边形结构的柔性铰链，通过螺钉将切口型铰链与上活动平台的上表面进行螺纹紧固连接。所述定子为采用非对称平行四边形结构的柔性铰链，使其轴向刚度分布不均而产生侧向位移。所述切口型铰链设置有定子驱动足，所述定子驱动足端面相应涂有摩擦陶瓷，所述定子驱动足驱动动子运动，所述预紧螺钉安装孔与预紧螺钉进行螺纹连接，所述压电堆叠的后端面与预紧螺钉之间设置有调整垫片，所述压电堆叠的前端面与切口型铰链之间设置有调整垫片。

所述动子为双列交叉滚柱导轨，包括固定导轨、活动导轨、保持架和导轨安装螺栓。所述固定导轨，通过螺钉固定于导轨安装平面上，所述活动导轨端面相应涂有摩擦陶瓷，所述固定导轨设置有保持架和滚柱，保持架和滚柱为导轨的滑动提供支撑，导轨两端设置安装螺栓进行限位。

所述驱动方法中所采用的复合激励电信号由摩擦调控波复合叠加于定子快速变形阶段的锯齿波中，所述驱动波为锯齿波，所述摩擦调控波为正弦波。所述驱动方法可减小快速变形阶段定子与动子之间的摩擦阻力，抑制回退运动产生，其中锯齿波周期为T₁，激励电压幅值为V₁，对称性为D，摩擦调控波周期为T₂，激励电压幅值为V₂，锯齿波与摩擦调控波的周期比为T₁/T₂=10~100000，激励电压幅值比为V₁/V₂大于2。

本发明的有益效果是：