技术简介：
本发明针对传统压电惯性冲击驱动器依赖非对称波形导致电路复杂、成本高的问题，提出采用偏置支撑结构实现对称波形驱动的创新方案。通过金属基板与压电晶片构成双晶片振子，结合偏置夹持装置的非对称夹持设计，在对称电信号激励下产生双向惯性冲击力，实现单向位移或旋转运动，显著简化控制电路并降低成本。
关键词：压电驱动器,偏置支撑,对称波形
专利名称：偏置支撑悬臂式压电惯性冲击精密驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型压电惯性冲击精密驱动器，属于微机械电子工程研究领域，涉及到一种采用压电元件偏置支撑结构产生惯性冲击力致动的精密驱动器。
背景技术：
近些年来，在光电产品装配、精密器件微制造和表面原子级测量等领域，以压电元件为核心的高精度定位驱动器得到广泛应用。其中，利用压电元件动态特性的惯性冲击式驱动器(IDM)在精密驱动领域已经发展为一项独特的驱动形式。压电惯性冲击式驱动器具有压电机构的结构紧凑，响应特性好，无电磁干扰，易于控制等特点，适合于高分辨率、大行程的工作场合，作为微小机械、精密机械的驱动装置，在国内外受到有关研究人员的关注。
随着压电惯性式精密驱动器的广泛研究，也形成了多个分支，包括惯性冲击式和惯性摩擦式等，但其基本原理是一致的，可以统一定义为以锯齿波等非对称电信号激励，利用压电元件形成惯性力并和接触面之间的摩擦力相配合，来形成连续的相对微位移。
综上所述，目前研究的压电惯性式精密驱动器都是利用非对称波形如锯齿波产生不同的冲击力来实现运动的。由于非对称波形产生电路比较复杂，增加了驱动器系统的成本。因而提出采用偏置支撑结构，利用对称波电信号驱动的新型驱动形式，目前国内外尚未见到相关报导。
发明内容本发明提供一种偏置支撑悬臂式压电惯性冲击精密驱动器，以解决目前压电惯性式精密驱动器控制系统电路复杂，成本高的问题。本发明采取的技术方案是金属基板2分别和四片压电晶片3连接形成压电双晶片，金属基板2的两端通过螺钉5分别固连冲击质量块4，偏置夹持装置1与金属基板2中间固连，并与主质量块6相连接。
本发明一种实施方式是偏置夹持装置1的结构是，宽度不相等的压板一101和压板二103通过螺钉102将金属基板2夹持连接、并与主质量块6相连接。
本发明另一种实施方式是偏置夹持装置1的结构是，宽度相等的压板三101’与压板四103’通过螺钉102’将金属基板2错位夹持连接、并与主质量块6相连接。
本发明以压电元件偏置支撑的结构形式来构建压电惯性冲击精密驱动器，该非线性结构形式的驱动器在正弦波等对称波形驱动电信号电压激励下，压电双晶片带动自由端冲击质量块往复摆动，由于压电双晶片的固定端为偏置支撑，因此产生双向不同的惯性冲击力，随着驱动电信号的连续作用，驱动器就会产生连续的单向位移。
本发明具备的优点是打破了传统压电惯性冲击精密驱动器必须采用非对称波形电信号驱动的机理，简化了驱动信号产生系统，控制方便。并且该机构还具有行程大，结构简单，成本低的特点。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明直线精密驱动器结构示意图。
图3是本发明旋转精密驱动器结构示意图。
具体实施例方式实施例1参见图1金属基板2分别和四片压电晶片3连接形成压电双晶片，金属基板2的两端通过螺钉5分别固连冲击质量块4，偏置夹持装置1与金属基板2中间固连，该偏置夹持装置下部固定连接主质量块6。
附图2是偏置支撑悬臂式压电惯性冲击直线精密驱动器，压电晶片3用粘结剂粘贴在金属基板2上，用螺钉5将冲击质量块4固定在金属基板2的两端，组成了对称布置的压电振子。用螺钉102通过压板一101、金属基板2和压板二103固连起来，且压板一101的宽度小于压板二103的宽度，因此就形成了压电振子的偏置支撑。在施加对称激励电信号时，压电振子在振动过程中，由于偏置支撑就会产生双向不同的冲击力，实现了驱动器的单向直线运动。
实施例2附图3是偏置支撑悬臂式压电惯性冲击旋转精密驱动器，由主质量块6、压板三101’和压板四103’、压电晶片3、金属基板2、冲击质量块4等组成。压电晶片3用粘结剂粘贴在金属基板2上，用螺钉5将冲击质量块4固定在金属基板2的两端，组成了对称布置的压电振子。用螺钉102’通过压板三101’、金属基板2和压板四103’固连起来，且压板101’和压板103’的宽度相等但错位连接，因此就形成了压电振子的偏置支撑。在施加对称激励电信号时，压电振子在振动过程中，由于偏置支撑就会产生双向不同的冲击力矩，实现了驱动器的单向旋转运动。
权利要求1.一种偏置支撑悬臂式压电惯性冲击精密驱动器，金属基板(2)分别和四片压电晶片(3)连接形成压电双晶片，金属基板(2)的两端通过螺钉(5)分别固连冲击质量块(4)，其特征在于偏置夹持装置(1)与金属基板(2)中间固连，并与主质量块(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的偏置支撑悬臂式压电惯性冲击精密驱动器，其特征在于偏置夹持装置(1)的结构是，宽度不相等的压板一(101)和压板二(103)通过螺钉(102)将金属基板(2)夹持连接、并与主质量块(6)相连接。
3.根据权利要求1所述的偏置支撑悬臂式压电惯性冲击精密驱动器，其特征在于偏置夹持装置(1)的结构是，宽度相等的压板三(101’)与压板四(103’)通过螺钉(102’)将金属基板(2)错位夹持连接、并与主质量块(6)相连接。
全文摘要本发明是涉及一种偏置支撑悬臂式压电惯性冲击精密驱动器，基于偏置支撑运动机理可以设计单自由度和多自由度的精密驱动器。金属基板分别和四片压电晶片连接形成压电双晶片，金属基板的两端通过螺钉分别固连冲击质量块，偏置夹持装置与金属基板中间固连，该偏置夹持装置下部固定连接主质量块。驱动元件采用偏置支撑的悬臂式压电双晶片振子，利用对称波形的驱动电信号驱动压电元件快速变形，产生周期性双向不同的惯性冲击力，形成定向运动的精密驱动器。本发明的特点是利用易于产生的对称波电信号对偏置支撑悬臂式压电惯性冲击精密驱动器进行激励，产生双向不同的冲击力或力矩使驱动器形成定向运动。
文档编号H02N2/04GK101068100SQ20071005571
公开日2007年11月7日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者曾平, 张宏壮, 程光明, 华顺明, 李晓韬, 温建明, 杨宝岩, 缪国, 毛艳清 申请人:吉林大学