[发明专利]一种直线压电马达

说明书

本发明涉及一种直线压电马达。包括驱动预紧机构、输出机构和轴承座；驱动预紧机构包括设于底座上的一对驱动振子，一对驱动振子上分别设有振子压电片；输出机构包括输出杆，输出杆的中部沿轴向设有中字形框架，中字形框架的两侧边杆均是振动片，振动片上设有振动压电片。本发明利用波形合成原理控制振动片和驱动振子的弯振模态，从而形成两者的协调动作，实现直线运动，且理论上不产生滑动摩擦力，能量损耗少，效率高。本发明的工作频率在2000Hz以上，输出速度高，且具有两种工作状态，可通过改变第一、第二驱动振子的高低电平配合实现低速大力矩输出和高速小力矩输出。

技术领域

本发明属于精密驱动与定位技术领域，具体地说，它涉及一种直线压电马达。

背景技术

压电马达利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为机械能。由于其尺寸小、力矩大、精度高、低速性能好、无电磁干扰等优点在航天、导弹、机器人及精密仪器等领域有着广阔的应用前景。直线压电马达具有直接输出直线运动、断电自锁的特点，目前已应用在精密定位系统、生物注射仪器、手机摄像头、汽车电动遥控反光镜中。

目前，直线压电马达主要分为行波马达、驻波马达、准静态马达等。行波马达利用两个以上的振源合成行波在定子与动子接触面形成椭圆运动以驱动动子运作，但为防止行波的反射，通常的行波马达设计为环形或增添吸波装置导致体积较大，微型化困难。驻波马达主要利用振子单一振动或者振子的弯、纵、扭振动模态复合成椭圆运动以驱动动子运动，其结构种类繁多且较为复杂。准静态马达主要包含惯性冲击式马达、尺蠖马达等，惯性冲击式马达结构简单、易于控制、驱动力较大，分辨率高，但其采用非对称波形激发运动，摩擦表面工作粗暴，存在滑动摩擦，磨损快，相应的效率低，寿命较短。尺蠖马达通过三组压电元件的配合引导动子单向运动，无滑动摩擦，效率高，输出力大（可达上千N），但其结构和控制电路都较为复杂，且工作频率低导致其输出速度较低。综上所述，新型直线电机需要满足体积小，结构简单，效率高，且具有较高的输出力和速度。

发明内容

本发明的主要目的在于为了解决上述问题，提供了一种新型的直线压电马达。

该直线压电马达包括驱动预紧机构、输出机构和轴承座2；

所述驱动预紧机构包括一对驱动振子，一对驱动振子通过一对直立的燕尾座4对称设于底座7上，且可在底座7上调整位置，定位杆10贯穿连接着一对燕尾座4；一对驱动振子由第一驱动振子61和第二驱动振子62组成，第一驱动振子61上设有第三压电片63，第二驱动振子62上设有第四压电片64；

所述输出机构包括输出杆1，输出杆1的中部沿轴向设有中字形框架；中字形框架的一侧边杆是第一振动片51，第一振动片51上设有第一压电片53，另一侧边杆是第二振动片52，第二振动片52上设有第二压电片54；输出杆1的两侧分别通过直线轴承3和一对轴承座2的配合设于底座7的上方；所述一对轴承座2位于底座7的两侧；

所述一对驱动振子垂直于输出杆1的中部，其中第一驱动振子61对应位于第一压电片53的外侧，第二驱动振子62对应位于第二压电片54的外侧；

设振动片含压电片的一面为内侧，背面为外侧；设驱动振子含压电片的一面为左侧，背面为右侧。

工作时，分别向第一压电片53、第二压电片54、第三压电片63和第四压电片64输入近似合成的方波信号，引发第一振动片51、第二振动片52和一对驱动振子的共振，使第一振动片51、第二振动片52和一对驱动振子均工作在谐振状态下；

第一种工况时，按如下步骤完成一个动作周期：

步骤1：第一压电片53、第二压电片54和第三压电片63、第四压电片64都施加正电平，第一振动片51、第二振动片52向外侧弯曲，一对驱动振子向右侧偏移；