菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達及其復(fù)合激勵方法
【專利摘要】一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達及其復(fù)合激勵方法，以解決當前壓電粘滑直線馬達由于摩擦力調(diào)控困難所導(dǎo)致的機械輸出性能受限等問題。本發(fā)明由預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置、斜拉式定子和動子組成；所述斜拉式定子利用斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生側(cè)向位移，增大摩擦驅(qū)動力，減小摩擦阻力；同時將摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于斜拉式定子快速變形階段的鋸齒驅(qū)動波中，從而降低快速變形階段定、動子間摩擦阻力，實現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控，提升壓電粘滑直線馬達機械輸出特性。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、行程大等特點，在半導(dǎo)體加工、光學(xué)調(diào)焦等具有結(jié)構(gòu)微型化、要求精確定位的領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達及其復(fù)合激勵方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達及其復(fù)合激勵方法，屬于微納精密驅(qū)動與定位技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電粘滑直線馬達是一種利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，在非對稱電信號激勵下激發(fā)振子(或稱定子)產(chǎn)生微幅振動，通過振子與動子間的摩擦耦合實現(xiàn)機械輸出的精密壓電馬達。按照驅(qū)動工作原理的不同，壓電粘滑直線馬達主要分為共振型壓電馬達(也稱超聲波電機)與非共振型壓電馬達(也稱壓電粘滑馬達)兩大類。與共振型壓電馬達相比，非共振壓電粘滑直線馬達具有定位精度高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、控制方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于精密驅(qū)動與定位的技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]壓電粘滑驅(qū)動主要是將鋸齒激勵電信號施加于壓電元件，激發(fā)定子產(chǎn)生快慢交替的運動變形，控制定子與動子在“粘”和“滑”兩種運動狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，利用摩擦力驅(qū)動動子實現(xiàn)機械運動輸出。然而，由于壓電粘滑驅(qū)動緩慢與快速變形階段，定子與動子間摩擦力起到不同作用，具體為緩慢變形驅(qū)動階段時表現(xiàn)為摩擦驅(qū)動力，而快速變形驅(qū)動階段時表現(xiàn)為摩擦阻力。已有公開技術(shù)表明當前壓電粘滑直線馬達無法實現(xiàn)對整個驅(qū)動過程的摩擦力進行綜合調(diào)控，導(dǎo)致其輸出機械性能受限。特別在定子的快速變形驅(qū)動階段，由于動子所受摩擦力與其運動方向相反，當動子慣性力不足以克服該摩擦阻力時，將會導(dǎo)致動子產(chǎn)生回退運動，表現(xiàn)為類鋸齒狀的不平穩(wěn)運動輸出，劣化輸出性能，已有鋸齒激勵電信號無法實現(xiàn)對壓電粘滑直線馬達快速變形驅(qū)動階段摩擦力的調(diào)控，進一步限制了壓電粘滑直線馬達的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決已有壓電粘滑直線馬達由于定子與動子間摩擦綜合調(diào)控困難，所導(dǎo)致的機械輸出特性受限，產(chǎn)生類鋸齒狀不平穩(wěn)運動輸出，劣化驅(qū)動器機械輸出性能等技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達及其復(fù)合激勵方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
所述一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達由預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置、斜拉式定子和動子組成。
[0006]所述預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置由安裝支座、移動滑臺和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿組成。所述安裝支座設(shè)置安裝定位孔、定位支承平面，用于安裝動子;所述安裝支座底部設(shè)置有安裝螺紋孔，用于安裝支座與外圍裝置的連接;所述安裝支座設(shè)置有滑道限位螺釘，用于移動滑臺的移動限位;所述安裝支座設(shè)置有滑動架，用于移動滑臺的滑動;所述安裝支座設(shè)置有保持架緊固螺釘、止動栓保持架和止動栓，用于對移動滑臺的鎖緊，防止加載后移動滑臺移動;所述安裝支座設(shè)置有滑道，用于支撐移動滑臺；所述滑道安裝滑道限位螺釘，避免移動滑臺滑出滑道;所述安裝支座設(shè)置有彈簧、下彈簧固定銷，用于移動滑臺的回程移動;所述安裝支座設(shè)置有加載螺紋孔，其與預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿進行螺紋連接。所述移動滑臺設(shè)置有定位螺紋孔，用于安裝斜拉式定子;所述移動滑臺設(shè)置有移動滑臺限位螺釘，用于移動滑臺的移動限位；所述移動滑臺設(shè)置有上彈簧固定銷，用于安裝固定彈簧;所述移動滑臺側(cè)面設(shè)置有止動栓安裝孔，用于安裝止動栓;所述移動滑臺設(shè)置有導(dǎo)向滑桿，用于移動滑臺的移動導(dǎo)向，所述導(dǎo)向滑桿安裝有移動滑臺限位螺釘，避免移動滑臺滑出滑道。所述預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿與加載螺紋孔螺紋連接，通過調(diào)整預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿的旋進長度可以調(diào)節(jié)移動滑臺的位置，實現(xiàn)預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置對預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。
[0007]所述斜拉式定子包括斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器、壓電堆疊、預(yù)緊螺栓和調(diào)整墊片。所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器采用菱形結(jié)構(gòu)的鉸鏈。所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器設(shè)置有定子安裝孔，用于斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器的固定安裝;所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器設(shè)置有偏轉(zhuǎn)鉸鏈、圓弧形柔性鉸鏈，用于調(diào)節(jié)斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器的軸向剛度;所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器設(shè)置有切口型菱形鉸鏈，用于調(diào)節(jié)斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器的偏轉(zhuǎn)剛度;所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器設(shè)置有運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述運動轉(zhuǎn)化機構(gòu)設(shè)置有驅(qū)動直梁、運動轉(zhuǎn)換斜梁，所述運動轉(zhuǎn)換斜梁可將壓電堆疊的軸向振動位移轉(zhuǎn)換為驅(qū)動直梁的側(cè)向位移。所述驅(qū)動直梁相應(yīng)圓弧端面涂有摩擦材料，所述驅(qū)動直梁驅(qū)動動子運動。斜拉式定子采用斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器，在壓電堆疊產(chǎn)生軸向振動位移時，斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動直梁會產(chǎn)生側(cè)向位移，增大斜拉式定子緩慢變形驅(qū)動階段時摩擦驅(qū)動力，減小斜拉式定子快速變形驅(qū)動階段時摩擦阻力，可實現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控。所述預(yù)緊螺栓安裝孔與預(yù)緊螺栓進行螺紋連接。所述壓電堆疊與斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器、預(yù)緊螺栓接觸端面設(shè)置有調(diào)整墊片，防止其產(chǎn)生切應(yīng)變。通過調(diào)節(jié)預(yù)緊螺栓，可實現(xiàn)對壓電堆疊的軸向預(yù)緊力調(diào)節(jié)。
[0008]所述動子為菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的動子。所述動子為雙列交叉滾柱導(dǎo)軌，包括固定導(dǎo)軌、活動導(dǎo)軌、滾柱保持架和導(dǎo)軌限位螺栓。所述固定導(dǎo)軌通過安裝定位孔安裝在定位支承平面上;所述活動導(dǎo)軌與驅(qū)動直梁接觸端面涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料;所述動子設(shè)置有滾柱保持架，滾柱保持架為導(dǎo)軌的滑動提供導(dǎo)向；所述固定導(dǎo)軌與活動導(dǎo)軌兩端均設(shè)置有導(dǎo)軌限位螺栓，避免活動導(dǎo)軌滑出固定導(dǎo)軌。
[0009]所述復(fù)合激勵方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于斜拉式定子快速變形階段的驅(qū)動波中，所述摩擦調(diào)控波為正弦波，所述驅(qū)動波為鋸齒波。所述復(fù)合激勵方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由微幅摩擦正弦調(diào)控波疊加于斜拉式定子快速變形階段的鋸齒驅(qū)動波復(fù)合而成，所述復(fù)合激勵方法可減小快速變形階段斜拉式定子與動子之間的摩擦阻力，抑制回退運動產(chǎn)生，其中鋸齒驅(qū)動波周期為T1，激勵電壓幅值為V1，對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為T2，激勵電壓幅值為％，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比為TVTfKMOOOOO，激勵電壓幅值比為WV2大于2。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明由于采用具有摩擦力綜合調(diào)控功能的非對稱定子結(jié)構(gòu)，同時通過復(fù)合激勵電信號進行激勵，增大了斜拉式定子緩慢變形驅(qū)動階段斜拉式定子與動子間摩擦驅(qū)動力，降低了斜拉式定子快速變形驅(qū)動階段斜拉式定子與動子間摩擦阻力，實現(xiàn)了對壓電粘滑直線馬達整個驅(qū)動過程的摩擦力的綜合調(diào)控，可顯著提升壓電粘滑直線馬達機械輸出特性，抑制位移回退運動的發(fā)生。與當前已有技術(shù)相比，輸出力提升25%以上，輸出速度提升30%以上，輸出效率提升了 55%以上，開環(huán)條件下定位精度可達納米級，位移回退率降低30%。
【附圖說明】
[0011]圖1所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置安裝支座的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置移動滑臺俯視圖；
圖5所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置移動滑臺仰視圖；
圖6所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達斜拉式定子的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達斜拉式定子斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達斜拉式定子斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的動子結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10所示為本發(fā)明提出的菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的激勵電信號波形示意圖。
【具體實施方式】
[0012]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1?圖9說明本實施方式。本實施方式提供了一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的具體實施方案。所述一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達由預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置1、斜拉式定子2和動子3組成。
[0013]所述預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置I為菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置，所述預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置I由安裝支座1-1、移動滑臺1-2和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿1-3組成，所述預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置I可采用鋁合金材料。所述安裝支座1-1設(shè)置安裝定位孔1-1-1、定位支承平面1-1-8，用于安裝動子3;所述安裝支座1-1底部設(shè)置有安裝螺紋孔1-1-2，通過螺紋連接可實現(xiàn)與外圍裝置的固定安裝;所述安裝支座1-1設(shè)置有滑道限位螺釘1-1-3，用于移動滑臺1-2的移動限位;所述安裝支座1-1設(shè)置有滑動架1-1-4，用于移動滑臺1-2的滑動;所述安裝支座1-1設(shè)置有保持架緊固螺釘1-1-5、止動栓保持架1-1-6和止動栓1-1-7，所述止動栓1-1-7用于移動滑臺1-2的固定，通過調(diào)節(jié)止動栓1-1-7，可實現(xiàn)對移動滑臺1-2的鎖緊，防止加載后移動滑臺1-2移動;所述安裝支座1-1設(shè)置有滑道1-1-9，用于支撐移動滑臺1-2;所述滑道1-1-9安裝有4η個滑道限位螺釘1-1-3，其中η為大于等于I的整數(shù)，為避免移動滑臺
1-2滑出滑道1-1-9;所述安裝支座1-1設(shè)置有彈簧1-1-10，用于移動滑臺1-2的回程移動;所述安裝支座1-1設(shè)置有下彈簧固定銷1-1-11，用于安裝固定彈簧1-1-10;所述安裝支座1-1設(shè)置有加載螺紋孔1-1-12，其與預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿1-3進行螺紋連接。所述移動滑臺1-2設(shè)置有定位螺紋孔1-2-1，用于安裝斜拉式定子2;所述移動滑臺1-2設(shè)置有移動滑臺限位螺釘1-
2-2，用于移動滑臺1-2的移動限位;所述移動滑臺1-2設(shè)置有上彈簧固定銷1-2-3，配合下彈簧固定銷1-1-11用于安裝固定彈簧1-1-10;所述移動滑臺1-2側(cè)面設(shè)置有止動栓安裝孔1-
2-4，所述止動栓安裝孔1-2-4與止動栓1-1-7螺紋連接;所述移動滑臺1-2設(shè)置有導(dǎo)向滑桿1-2-5，用于移動滑臺1-2的移動，所述導(dǎo)向滑桿1-2-5安裝有4η個移動滑臺限位螺釘1-2-2，其中η為大于等于I的整數(shù)，為避免移動滑臺1-2滑出滑道1-1-9。所述預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿1-3與加載螺紋孔1-1-12螺紋連接，通過調(diào)整預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿1-3的旋進長度可以調(diào)節(jié)移動滑臺
1-2的位置，實現(xiàn)預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置I對預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。
[0014]所述斜拉式定子2包括斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1、壓電堆疊2-2、預(yù)緊螺栓2-3和調(diào)整墊片2-4。所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1采用菱形結(jié)構(gòu)的鉸鏈，所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1可采用5052、6061或7075鋁合金材料。所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置有定子安裝孔2-1-1，用于斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1與移動滑臺1-2的上表面的緊固連接;所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置有偏轉(zhuǎn)鉸鏈2-1-2、圓弧形柔性鉸鏈2-1-5，偏轉(zhuǎn)鉸鏈2-1-2具有圓角半徑值Ri，圓弧形柔性鉸鏈2-1-5具有圓角半徑值心，仏與心的比值為0.1-1，調(diào)整圓角半徑仏與他的比值，可改變斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1的軸向剛度分布。本實施方式中仏與他的比值為0.5。所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置有切口型菱形鉸鏈2-1-3，切口型菱形鉸鏈2-1-3壁厚值為b，仏與13的比值為0.1?0.45，調(diào)整壁厚值b與圓角半徑仏的比值，可改變斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1的偏轉(zhuǎn)剛度。本實施方式中仏與13的比值為0.3。所述斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1設(shè)置有運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)2-1-4，所述運動轉(zhuǎn)化機構(gòu)2-1-4設(shè)置有驅(qū)動直梁
2-1-4-1、運動轉(zhuǎn)換斜梁2-1-4-2，所述驅(qū)動直梁2-1-4-1與運動轉(zhuǎn)換斜梁2-1-4-2形成一定角度φ，φ的取值為45°?90°，改變Φ的值可以調(diào)節(jié)位移放大倍數(shù)。本實施方式中Φ的取值為45°。所述運動轉(zhuǎn)換斜梁2-1-4-2可將壓電堆疊2-2的軸向振動位移轉(zhuǎn)換為驅(qū)動直梁2-1-4-1的側(cè)向位移，所述驅(qū)動直梁2-1-4-1相應(yīng)圓弧型端面涂有摩擦材料，所述驅(qū)動直梁2-1-4-1驅(qū)動動子3運動;所述驅(qū)動直梁2-1-4-1具有長度值L、寬度值a，改變a的值可改變驅(qū)動直梁的驅(qū)動平穩(wěn)性，a與L的比值為0.01?0.2，通過調(diào)整a與L的比值可改變驅(qū)動直梁2-1-4-1的偏轉(zhuǎn)剛度。本實施方式中a與L的比值取值為0.1。所述運動轉(zhuǎn)換斜梁2-1-4-2具有寬度值c，c與a的比值為0.5?I。本實施方式中c與a的比值為0.5。斜拉式定子2采用斜拉式菱形運動結(jié)構(gòu)，在壓電堆疊2-2產(chǎn)生軸向振動位移時，斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1的驅(qū)動直梁2-1-4-1會產(chǎn)生側(cè)向位移，增大斜拉式定子2緩慢變形驅(qū)動階段時摩擦驅(qū)動力，減小斜拉式定子2快速變形驅(qū)動階段時摩擦阻力，可實現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控。所述預(yù)緊螺栓安裝孔2-1-6與預(yù)緊螺栓2-3進行螺紋連接。所述壓電堆疊2-2可以是PI或NEC等公司的壓電堆疊產(chǎn)品，所述壓電堆疊2-2與斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器2-1、預(yù)緊螺栓2-3接觸端面設(shè)置有調(diào)整墊片2-4，防止其產(chǎn)生切應(yīng)變，通過調(diào)節(jié)預(yù)緊螺栓2-3，可實現(xiàn)對壓電堆疊2-2的軸向預(yù)緊調(diào)節(jié)。
[0015]所述動子3為菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的動子，所述動子3為雙列交叉滾柱導(dǎo)軌，包括固定導(dǎo)軌3-1、活動導(dǎo)軌3-2、滾柱保持架3-3和導(dǎo)軌限位螺栓3-4。所述固定導(dǎo)軌3-1，通過螺釘固定于定位支承平面1-1-8上;所述活動導(dǎo)軌3-2與驅(qū)動直梁2-1-4-1接觸端面涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料;所述動子3設(shè)置有滾柱保持架3-3，滾柱保持架3-3為導(dǎo)軌的滑動提供導(dǎo)向。為了避免滾柱保持架3-3滑出導(dǎo)軌，同時限制動子3的運動范圍，分別在動子3的固定導(dǎo)軌3-1和活動導(dǎo)軌3-2的兩端設(shè)置導(dǎo)軌限位螺栓3-4。動子3上表面與斜拉式定子2上表面處于同一平面。
[0016]【具體實施方式】二:結(jié)合圖10說明本實施方式。本實施方式提供了一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的復(fù)合激勵方法的具體實施方案。所述一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達的復(fù)合激勵方法如下所述。
[0017]所述復(fù)合激勵方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由摩擦調(diào)控波疊加于斜拉式定子快速變形驅(qū)動階段的驅(qū)動波復(fù)合而成，所述摩擦調(diào)控波為正弦波，所述驅(qū)動波為鋸齒波。具體地，所述復(fù)合激勵方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由微幅摩擦正弦調(diào)控波疊加于的斜拉式定子快速變形驅(qū)動階段的鋸齒驅(qū)動波復(fù)合而成，所述復(fù)合激勵方法可減小快速變形階段定子與動子之間的摩擦阻力，抑制回退運動產(chǎn)生，優(yōu)化輸出性能。其中鋸齒驅(qū)動波周期為T1，激勵電壓幅值為V1，對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為T2，激勵電壓幅值為％，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比為T1ZiT2=1?100000，激勵電壓幅值比為^…大于2。
[0018]工作原理:在非對稱電信號激勵下，通過改變菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達在斜拉式定子緩慢變形與快速變形兩個驅(qū)動階段的摩擦力，實現(xiàn)摩擦力的綜合調(diào)控。其中在斜拉式定子緩慢變形驅(qū)動階段，動子在靜摩擦力作用下隨著斜拉式定子一起發(fā)生緩慢的“粘”運動，此時靜摩擦力提供驅(qū)動力，增大斜拉式定子與動子間摩擦力可提升馬達輸出性能;在斜拉式定子快速變形驅(qū)動階段，斜拉式定子與動子間產(chǎn)生的滑動摩擦力為摩擦阻力，特別是當動子慣性力不足以克服該摩擦阻力時，將會導(dǎo)致動子產(chǎn)生回退運動，微觀上表現(xiàn)為類鋸齒狀的不平穩(wěn)運動，劣化輸出性能，影響定位精度，此時設(shè)法降低斜拉式定子與動子滑動摩擦阻力，可改善馬達綜合輸出特性。本發(fā)明由于采用斜拉式菱形鉸鏈機構(gòu)，使得斜拉式定子軸向剛度分布不均勾，在壓電堆疊激發(fā)產(chǎn)生軸向振動位移時，斜拉式定子驅(qū)動端產(chǎn)生側(cè)向位移，調(diào)整斜拉式定子與動子間接觸的正壓力，即在斜拉式定子緩慢變形驅(qū)動階段，增大斜拉式定子與動子間接觸的正壓力，進而增加斜拉式定子與動子間的摩擦驅(qū)動力，在斜拉式定子快速變形驅(qū)動階段，減小斜拉式定子與動子間接觸的正壓力，進而減小斜拉式定子與動子間的摩擦阻力實現(xiàn)對緩慢變形驅(qū)動階段摩擦驅(qū)動力與快速變形驅(qū)動階段摩擦阻力的綜合調(diào)控，提升馬達輸出性能。同時，本發(fā)明通過將摩擦調(diào)控波耦合施加于斜拉式定子快速變形驅(qū)動階段的驅(qū)動波中，激發(fā)斜拉式定子處于微幅高頻振動狀態(tài)，從而降低了快速變形驅(qū)動階段定、動子間摩擦阻力，抑制回退運動產(chǎn)生，提升壓電粘滑直線馬達機械輸出特性。
[0019]綜合以上所述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達，利用斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器軸向剛度分布不均勻產(chǎn)生側(cè)向位移，綜合調(diào)控斜拉式定子與動子間的摩擦力；本發(fā)明提供的復(fù)合激勵方法能夠抑制回退運動的產(chǎn)生，顯著提升壓電粘滑直線馬達的機械輸出性能。斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器與壓電堆疊裝配成一個定子，裝配簡單，易于調(diào)節(jié)。所設(shè)計的加載裝置，可方便的調(diào)節(jié)定子與輸出導(dǎo)軌之間接觸的預(yù)緊力。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、定位精度高、行程大等特點，在微納操作、半導(dǎo)體加工、精密光學(xué)儀器、生物微操作等微納精密驅(qū)動與定位領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項】
1.一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達，其特征在于所述斜拉式菱形鉸鏈正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達由預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置(1)、斜拉式定子(2)和動子(3)組成;斜拉式定子(2)安裝在預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置(I)上，動子(3)安裝在預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置(I)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達，其特征在于所述預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置(I)由安裝支座(1-1)、移動滑臺(1-2)和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿(1-3)組成;其中安裝支座(1-1)設(shè)置安裝定位孔(1-1-1)、定位支承平面(1-1-8)，動子(3)安裝固定在定位支承平面(1-1-8)上，安裝支座(1-1)底部設(shè)置有安裝螺紋孔(1-1-2)，安裝支座(1-1)通過安裝螺紋孔(1-1-2)與外圍設(shè)備連接，安裝支座(1-1)設(shè)置有滑道限位螺釘(1-1-3)、滑動架(1-1-4)和滑道(1-1-9)，滑道限位螺釘(1-1-3)安裝在滑道(1-1-9)上，滑動架(1-1-4)在滑道限位螺釘(1-1-3)間滑動，安裝支座(1-1)設(shè)置有保持架緊固螺釘(1-1-5)、止動栓保持架(1-1-6)和止動栓(1-1-7)，通過旋緊止動栓(1-1-7)實現(xiàn)移動滑臺(1-2)的止動固定，安裝支座(1-1)設(shè)置有彈簧(1-1-10)，安裝支座(1-1)通過彈簧(1-1-7)與滑臺(1-2)連接，安裝支座(1-1)設(shè)置有下彈簧固定銷(1-1-11)，彈簧(1-1-10)—端通過下彈簧固定銷(1-1-11)與安裝支座(1-1)連接，安裝支座(1-1)設(shè)置有加載螺紋孔(1-1-12)，其與預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿(1-3)進行螺紋連接;移動滑臺(1-2)設(shè)置有定位螺紋孔(1-2-1)，斜拉式定子(2)通過定位螺紋孔(1-2-1)固定在移動滑臺(1-2)上，移動滑臺(1-2)設(shè)置有移動滑臺限位螺釘(1-2-2)、導(dǎo)向滑桿(1-2-5)，移動滑臺限位螺釘(1-2-2)安裝在導(dǎo)向滑桿(1-2-5)端部，滑動架(1-1-4)在移動滑臺限位螺釘(1-2-2)間滑動，移動滑臺(1-2)設(shè)置有上彈簧固定銷(1-2-3)，彈簧(1-1-10)的另一端通過上彈簧固定銷(1-2-3)與移動滑臺(1-2)連接，移動滑臺(1-2)側(cè)面設(shè)置有止動栓安裝孔(1-2-4)，止動栓安裝孔(1-2-4)與止動栓(1-1-7)螺紋連接;預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿(1-3)與加載螺紋孔(1-1-12)螺紋連接，通過調(diào)整預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿(1-3)的旋進長度可以調(diào)節(jié)移動滑臺(1-2)的位置，實現(xiàn)預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置(I)對預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達，其特征在于所述的斜拉式定子(2)由斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)、壓電堆疊(2-2)、預(yù)緊螺釘(2-3)和調(diào)整墊片(2-4)組成;斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)采用菱形柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有定子安裝孔(2-1-1)，斜拉式定子(2)通過定子安裝孔(2-1-1)固定在移動滑臺(1-2)上，斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有偏轉(zhuǎn)鉸鏈(2-1-2)、圓弧形柔性鉸鏈(2-1-5)，用于調(diào)節(jié)斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)的偏轉(zhuǎn)剛度，斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有切口型菱形鉸鏈(2-1-3)，用于調(diào)節(jié)斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)的軸向剛度，斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)(2-1-4)，斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)設(shè)置有預(yù)緊螺栓安裝孔(2-1-6)，預(yù)緊螺栓2-3與預(yù)緊螺栓安裝孔(2-1-6)進行螺紋連接;壓電堆疊(2-2)的前后端面和預(yù)緊螺栓(2-3)之間設(shè)置有調(diào)整墊片(2-4)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達，其特征在于所述偏轉(zhuǎn)鉸鏈(2-1-2)具有圓角半徑值辦，圓弧形柔性鉸鏈(2-1-5)具有圓角半徑值R2,Ri與R2的比值為S，S的取值滿足的范圍為0.1?I。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達，其特征在于所述運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)(2-1-4)設(shè)置有驅(qū)動直梁(2-1-4-1)、運動轉(zhuǎn)換斜梁(2-1-4-2)，所述驅(qū)動直梁(2-1-4-1)與運動轉(zhuǎn)換斜梁(2-1-4-2)形成一定角度Φ，Φ的取值滿足的范圍為45。?90。ο6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達，其特征在于所述斜拉式定子(2)的斜拉式菱形運動轉(zhuǎn)換器(2-1)可采用5052鋁合金、6061鋁合金、7075鋁合金材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達，其特征在于所述動子(3)為雙列交叉滾柱直線導(dǎo)軌，它由固定導(dǎo)軌(3-1)、活動導(dǎo)軌(3-2)、保持架(3-3)和導(dǎo)軌限位螺栓(3-4)組成；固定導(dǎo)軌(3-1)安裝固定于定位支承平面(1-1-8)上，活動導(dǎo)軌(3-2)端面涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料，保持架(3-3)為活動導(dǎo)軌(3-2)的運動提供導(dǎo)向，導(dǎo)軌限位螺栓(3-4)用于避免活動導(dǎo)軌(3-2)的運動限位。8.—種菱形鉸鏈斜拉式正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達復(fù)合激勵方法，該復(fù)合激勵方法基于權(quán)利要求1所述的斜拉式菱形鉸鏈正交驅(qū)動型壓電粘滑直線馬達實現(xiàn);所述復(fù)合激勵方法特征在于所述驅(qū)動波為鋸齒波，所述摩擦調(diào)控波為正弦波，其中鋸齒驅(qū)動波周期為T1，激勵電壓幅值為％，對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為T2，激勵電壓幅值為V2，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比為IVT2=1?100000，激勵電壓幅值比為VVV2大于2。
【文檔編號】H02N2/06GK105897043SQ201610386983
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】程廷海, 張邦成, 柳虹亮, 何猛, 高琪, 李博文
【申請人】長春工業(yè)大學(xué)