[实用新型]一种差动式直线压电电机

说明书

本实用新型公开了一种差动式直线压电电机，电机的定子上的驱动足包括两组对称的平行于导轨布置的压电叠层和一组垂直导轨布置的压电叠层，分别为定子驱动足提供平行于导轨方向和垂直于导轨方向的微幅振动。本实用新型用对称的周期信号激励平行于导轨方向的压电叠层，用矩形波信号激励垂直于导轨方向的压电叠层，实现电机定子和动子之间的摩擦驱动特性在驱动阶段和回程阶段具有明显差异，从而使得动子在驱动阶段的运动距离大于在回程阶段的运动距离，由于该电机在0~1KHz频率范围内具有明显不同的差动摩擦特性，所以当驱动频率从低频到高频变化时，该类电机的定位精度也从纳米级向微米级渐变，这有望部分代替结构复杂的宏微结合的定位平台。

技术领域

本实用新型涉及一种差动式直线压电电机，属于压电作动器技术领域。

背景技术

随着微/纳米技术的发展，众多工程技术领域的研究都迫切需要亚微米级、微/纳米级的精密作动器。但由于传统电磁电机需要减速装置，在微型化、高功重比的发展方向上很难突破。随着材料科学的发展，新型功能材料为这些应用提出了新的解决方案，其中，逆压电效应的发现及具有优越性能的压电陶瓷(PZT) 材料的出现使得压电精密作动器的研究得到了广泛关注，并在精密作动领域显示出了广泛的应用前景。

直线压电电机主要包括共振型超声电机和非共振型步进电机。共振型超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应激发弹性体的共振，并将弹性体的微变形通过摩擦耦合转换成转子或动子的宏观运动。由于超声电机在共振状态下运行，致使其性能受环境影响较大，同时对定子的加工精度要求较高。非共振型步进电机是利用压电叠层的精确位移输出特性，结合惯性冲击原理或者尺蠖原理，能够实现运动件连续、精密的步进运动。与共振式压电电机相比，非共振状态具有较宽的工作频带，对周围环境的抗干扰性强；且对电机定子的尺寸和加工精度要求不太高，易于保证电机运行的平稳性。但是惯性冲击型和尺蠖原理非共振直线电机对驱动控制信号要求较为苛刻、驱动力很小。

现有的压电精密致动领域存在行程和精度的一对矛盾，即大行程(mm量级) 的压电作动器具有的定位精度较低(μm量级)；而纳米精度(含10nm量级)的压电作动器通常具有较小行程(0.1mm量级)。为解决上述问题，出现了直线压电电机主要包括共振型超声电机和非共振型压电电机。共振型超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应激发弹性体的共振，并将弹性体的微变形通过摩擦耦合转换成转子或动子的宏观运动。由于共振型超声电机在共振状态下运行，致使其性能受环境影响较大，同时为保证能够有效激发定子的共振状态，需要保证定子结构设计的合理性，对定子的加工精度要求较高。

非共振型步进电机是利用压电叠层的精确位移输出特性，结合惯性冲击原理或者尺蠖原理，能够实现运动件连续、精密的步进运动。与共振式压电电机相比，非共振状态具有较宽的工作频带，对周围环境的抗干扰性强；且对电机定子的尺寸和加工精度要求不太高，易于保证电机运行的平稳性。非共振型电机中的尺蠖原理和惯性冲击原理电机对驱动信号要求苛刻、对电机的加工精度要求高。非共振摩擦驱动原理型压电作动器能够解决驱动信号苛刻和加工精度要求高的问题，但是在保证大行程的同时，并没有很好地解决高分辨率的难题。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷，提供解决现有的压电精密致动领域存在行程和精度的一对矛盾，即大行程(mm量级)的压电作动器具有的定位精度较低(μm量级)；而纳米精度(含10nm量级)的压电作动器通常具有较小行程(0.1mm量级)。设计一种驱动足，采用横向振动块和纵向振动框结构，这能够保证平行于导轨方向的位移输出与垂直于导轨方向的位移输出具有解耦特性，有利于独立控制两个方向的压电元件的位移输出，从而能够独立控制电机定子在两个方向的位移输出性能。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种差动式直线压电电机，所述电机包括定子、动子及底座，所述动子通过导轨连接在底座上，所述定子设置于底座上，定子包括驱动足以及弹性夹持机构，在弹性夹持机构的预紧力下，定子上的驱动足和动子在整个电机工作周期中始终保持紧密接触；