申请/专利权人：华侨大学

申请日：2019-06-27

公开（公告）日：2024-02-02

公开（公告）号：CN110198141B

主分类号：H02N2/02

分类号：H02N2/02;H02N2/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.02#授权;2019.09.27#实质审查的生效;2019.09.03#公开

摘要：本发明公开了差动箝位式尺蠖型压电直线电机，包括四箝位盘、一作动模块、两导向机构、两连接杆及两连接弹簧。四箝位盘、两连接杆和两连接弹簧组成两单元。四箝位盘都设有中心孔，每单元的两箝位盘通过中心孔套在连接杆上，每单元包括的两箝位盘分为主箝位盘和辅助箝位盘，主箝位盘和作动模块固接，辅助箝位盘通过连接弹簧与主箝位盘连接；四箝位盘的形状相等且都包括圆盘，四箝位盘的圆盘的偏心布置安装有压电陶瓷；导向机构包括C字型的套筒，套筒内壁凸设有导轨，四箝位盘外周壁凹设有导槽；两单元分别装设在两套筒内，另设预紧元件使套筒压在四箝位盘上，使导轨和导槽适配。它具有如下优点：电机在工作过程中的接触力稳定。

主权项：1.差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其特征在于：包括四箝位盘、一作动模块、两导向机构、两连接杆及两连接弹簧；所述四箝位盘、两连接杆和两连接弹簧组成两单元，每单元包括两箝位盘、一连接杆和一连接弹簧；所述四箝位盘都设有中心孔，每单元的两箝位盘通过中心孔套在连接杆上，每单元包括的两箝位盘分为主箝位盘和辅助箝位盘，主箝位盘和作动模块固接，所述辅助箝位盘通过连接弹簧与主箝位盘连接；所述四箝位盘的形状相等且都包括圆盘，所述四箝位盘的圆盘的偏心布置安装有压电陶瓷；所述导向机构包括C字型的套筒，所述套筒内壁凸设有导轨，所述四箝位盘外周壁凹设有导槽；两单元分别装设在两套筒内，另设预紧元件使所述套筒压在四箝位盘上，使所述导轨和导槽适配；所述连接杆和主箝位盘固接，所述辅助箝位盘能滑动连接在连接杆；所述四箝位盘沿连接杆轴线布置，且，两主箝位盘位于两辅助箝位盘之间；所述连接弹簧套接在连接杆且顶抵在主箝位盘和辅助箝位盘之间；所述作动模块为驱动机构且设于两主箝位盘之间，所述作动模块两端分别固接两连动杆以使得连接杆和主箝位盘固接。

全文数据：差动箝位式尺蠖型压电直线电机技术领域本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种差动箝位式尺蠖型压电直线电机。背景技术纳米技术是21世纪世界各国重点发展的高科技。具有纳米级精度的超精密驱动器是纳米技术的核心动力部分，超精密驱动器具有广泛的应用领域，如微电子制造、精密机械制造、生物工程、航空航天等。同时这些领域都对超精密电机提出了一些苛刻的要求，例如输出力大、分辨率高、响应更快、不受电磁干扰、低噪声等。压电尺蠖式直线电机使用两组箝位装置和一个伸缩驱动装置，采用仿生运动原理“箝位-驱动-箝位”，模仿自然界中尺蠖的爬行方式，通过对压电叠堆微小步距的累加能够实现大行程、小步长、高精度的双向步进运动。另还在传统的尺蠖式压电直线电机的基础上设计了两个辅助足，实现弹簧伺服差动钳位，提高输出力并且输出特性更加稳定。如公开号为CN102136811A，名称为多足箝位式压电电机的发明申请，其运用了四个箝位足，上述设计提出柱形导向机构的尺蠖式直线电机，将箝位足设计为圆盘式，导轨设计成圆柱形，这样使得箝位足与导轨之间成柱面接触，提高了输出力，使得运动更加灵活，作动更加稳定，但其存在有一定的内应力，这就使电机在工作过程中的接触力可能会不稳定。发明内容本发明提供了差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其克服了背景技术中多足箝位式压电电机所存在的不足。本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：差动箝位式尺蠖型压电直线电机，包括四箝位盘、一作动模块、两导向机构、两连接杆及两连接弹簧；所述四箝位盘、两连接杆和两连接弹簧组成两单元，每单元包括两箝位盘、一连接杆和一连接弹簧；所述四箝位盘都设有中心孔，每单元的两箝位盘通过中心孔套在连接杆上，每单元包括的两箝位盘分为主箝位盘和辅助箝位盘，主箝位盘和作动模块固接，所述辅助箝位盘通过连接弹簧与主箝位盘连接；所述四箝位盘的形状相等且都包括圆盘，所述四箝位盘的圆盘的偏心布置安装有压电陶瓷；所述导向机构包括C字型的套筒，所述套筒内壁凸设有导轨，所述四箝位盘外周壁凹设有导槽；两单元分别装设在两套筒内，另设预紧元件使所述套筒压在四箝位盘上，使所述导轨和导槽适配。一实施例之中：所述连接杆和主箝位盘固接，所述辅助箝位盘能滑动连接在连接杆。一实施例之中：所述四箝位盘沿连接杆轴线布置，且，两主箝位盘位于两辅助箝位盘之间。一实施例之中：所述连接弹簧套接在连接杆且顶抵在主箝位盘和辅助箝位盘之间。一实施例之中：另设有螺钉能调节地连接在连接杆，所述螺钉还顶抵辅助箝位盘，以通过螺钉的转动调节辅助箝位盘相对连接杆的位置，调节主箝位盘和辅助箝位盘的间距，以调节连接弹簧的预紧力。一实施例之中：所述作动模块为驱动机构且设于两主箝位盘之间，所述作动模块两端分别固接两连动杆以使得连接杆和主箝位盘固接。一实施例之中：所述圆盘开设有贯穿圆盘两端面的安装槽，所述安装槽包括一圆心位于圆盘轴线的半圆槽、两分别连通在半圆槽两端的径向槽和两分别连通径向槽的线段槽，径向槽和线段槽配合呈十字形，所述线段槽的槽壁还设有沿线段槽长度方向贯穿至圆盘外周壁的竖直孔，所述压电陶瓷固装在一线段槽内；通过螺栓将压电陶瓷固接在圆盘，所述螺栓穿过竖直孔。本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：整个作动过程中始终至少有两个箝位盘接触导向机构，而且紧密相连的主、辅助箝位盘实现了差动箝位；整个电机始终处于两导向机构的压紧中，由于箝位盘的伸长量为微米级，这对于刚度较小的预压弹簧来说微乎其微，几乎不会改变其内应力，这就使电机在工作过程中的接触力稳定。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。图1为具体实施方式差动箝位式尺蠖型压电直线电机的立体示意图；图2为具体实施方式差动箝位式尺蠖型压电直线电机的立体分解示意图；图3为具体实施方式箝位盘的结构示意图；图4为图3的A-A剖面示意图；图5为具体实施方式电机所用的电源信号时序。具体实施方式请查阅图1至图4，差动箝位式尺蠖型压电直线电机，包括四箝位盘21、22、23、24、一作动模块4、两导向机构、两连接杆31、32及两连接弹簧51、52。所述四箝位盘21、22、23、24、两连接杆31、32和两连接弹簧51、52组成两单元，每单元包括两箝位盘、一连接杆和一连接弹簧。所述四箝位盘21、22、23、24都设有中心孔，每单元的两箝位盘通过中心孔套在连接杆上，每单元的两箝位盘还通过连接弹簧连接。每单元包括的两箝位盘分为主箝位盘和辅助箝位盘，主箝位盘和作动模块4固接，所述辅助箝位盘通过连接弹簧与主箝位盘连接，所述连接弹簧套接在连接杆。具体结构如下：第一单元包括主箝位盘22和辅助箝位盘21，第二单元包括主箝位盘23和辅助箝位盘24，所述四箝位盘沿连接杆31、32轴线布置，且，两主箝位盘22、23位于两辅助箝位盘21、24之间，即，箝位盘21、22、23、24沿连接杆31、32轴线按序布置；所述连接杆和主箝位盘固接，所述辅助箝位盘能滑动连接在连接杆，所述连接弹簧套接在连接杆且顶抵在主箝位盘23和辅助箝位盘24之间；所述作动模块4为驱动机构且设于两主箝位盘22、23之间，所述作动模块4两端分别固接两连动杆31、32以使得连接杆和主箝位盘固接。根据需要，另设有螺钉71、72能调节地连接在连接杆，所述螺钉71、72还顶抵辅助箝位盘，以通过螺钉的转动调节辅助箝位盘2相对连接杆的位置，调节主箝位盘23和辅助箝位盘2的间距，以调节连接弹簧的预紧力。所述四箝位盘21、22、23、24的形状相等且都包括圆盘，所述四箝位盘21、22、23、24的圆盘的偏心布置安装有压电陶瓷11、12、13、14。本具体实施方式之中：所述圆盘开设有贯穿圆盘两端面的安装槽，所述安装槽包括一圆心位于圆盘轴线的半圆槽、两分别连通在半圆槽两端的径向槽和两分别连通径向槽的线段槽，径向槽和线段槽配合呈十字形，所述线段槽的槽壁还设有沿线段槽长度方向贯穿至圆盘外周壁的竖直孔2、3，所述压电陶瓷固装在一线段槽内；通过螺栓将压电陶瓷固接在圆盘，所述螺栓穿过竖直孔。所述导向机构包括C字型的套筒61、62，所述套筒61、62内壁凸设有导轨，所述四箝位盘21、22、23、24外周壁凹设有导槽；两单元分别装设在两套筒61、62内，另设预紧元件使所述套筒压在四箝位盘上，使所述导轨和导槽适配，使箝位盘能相对套筒沿导轨滑动，沿连接杆轴线滑动。请查阅图5，图中的V1为压电陶瓷11、13的激励电压，V2为压电陶瓷12、14的激励电压；V3为作动模块4的激励电压。在t0-t1时段内，箝位盘22、24在电压V2的激励下伸长，这时套筒扩张，使得箝位盘11、13脱离导向机构。在t1-t2时段内，箝位盘22、24在电压V2的激励下保持伸长状态，作动模块4在电压V3激励下伸长，由于连接弹簧的刚度远小于作动模块，因此箝位盘23也脱离导向机构，箝位盘23被向右推动距离ΔX，与其相连的连接弹簧被压缩ΔX。在t2-t3时段内，箝位盘21、23在电压V1的激励下伸长并接触两侧C型套筒。在t3-t4时段内，箝位盘22、24恢复原长并脱离C型套筒，这时右边被压缩的连接弹簧被释放并推动箝位盘24向右运动距离ΔX。在t4-t5时段内，作动模块4恢复原长，同时带动箝位盘22向右运动距离ΔX，并使左边的连接弹簧伸长ΔX。在t5-t6时段内，箝位盘22、24在电压V2的激励下伸长并接触两侧C型套筒。在这个作动周期结束的最后一刻，箝位盘21、23恢复原长并脱离C型套筒，这时处于拉长状态的左边连接弹簧将恢复原长并带动箝位盘21向右运动距离ΔX。可见，整个作动过程中始终至少有两个箝位盘接触导向机构，而且紧密相连的主、辅助箝位盘实现了差动箝位；整个电机始终处于两导向机构的压紧中，由于箝位盘的伸长量为微米级，这对于刚度较小的预压弹簧来说微乎其微，几乎不会改变其内应力，这就使电机在工作过程中的接触力稳定。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

权利要求：1.差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其特征在于：包括四箝位盘、一作动模块、两导向机构、两连接杆及两连接弹簧；所述四箝位盘、两连接杆和两连接弹簧组成两单元，每单元包括两箝位盘、一连接杆和一连接弹簧；所述四箝位盘都设有中心孔，每单元的两箝位盘通过中心孔套在连接杆上，每单元包括的两箝位盘分为主箝位盘和辅助箝位盘，主箝位盘和作动模块固接，所述辅助箝位盘通过连接弹簧与主箝位盘连接；所述四箝位盘的形状相等且都包括圆盘，所述四箝位盘的圆盘的偏心布置安装有压电陶瓷；所述导向机构包括C字型的套筒，所述套筒内壁凸设有导轨，所述四箝位盘外周壁凹设有导槽；两单元分别装设在两套筒内，另设预紧元件使所述套筒压在四箝位盘上，使所述导轨和导槽适配。2.根据权利要求1所述的差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其特征在于：所述连接杆和主箝位盘固接，所述辅助箝位盘能滑动连接在连接杆。3.根据权利要求1所述的差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其特征在于：所述四箝位盘沿连接杆轴线布置，且，两主箝位盘位于两辅助箝位盘之间。4.根据权利要求2所述的差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其特征在于：所述连接弹簧套接在连接杆且顶抵在主箝位盘和辅助箝位盘之间。5.根据权利要求4所述的差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其特征在于：另设有螺钉能调节地连接在连接杆，所述螺钉还顶抵辅助箝位盘，以通过螺钉的转动调节辅助箝位盘相对连接杆的位置，调节主箝位盘和辅助箝位盘的间距，以调节连接弹簧的预紧力。6.根据权利要求1所述的差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其特征在于：所述作动模块为驱动机构且设于两主箝位盘之间，所述作动模块两端分别固接两连动杆以使得连接杆和主箝位盘固接。7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的差动箝位式尺蠖型压电直线电机，其特征在于：所述圆盘开设有贯穿圆盘两端面的安装槽，所述安装槽包括一圆心位于圆盘轴线的半圆槽、两分别连通在半圆槽两端的径向槽和两分别连通径向槽的线段槽，径向槽和线段槽配合呈十字形，所述线段槽的槽壁还设有沿线段槽长度方向贯穿至圆盘外周壁的竖直孔，所述压电陶瓷固装在一线段槽内；通过螺栓将压电陶瓷固接在圆盘，所述螺栓穿过竖直孔。

百度查询： 华侨大学 差动箝位式尺蠖型压电直线电机

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