一种宏微驱动钹型直线压电电机及其驱动方法
【专利摘要】本发明公开了一种宏微驱动钹型直线压电电机及其驱动方法，其电机包括机架、驱动振子、动子，机架一端设有滚动直线球轴承，另一端设有预紧机构，动子依次穿过滚动直线球轴承、驱动振子和预紧机构；驱动振子包括两组中间带孔的钹型叠堆压电元件组、两个中间带孔的金属弹性体和一个中间带孔的微位移放大弹性体，两个金属弹性体分别与微位移放大弹性体两端连接，两组钹型叠堆压电元件组对称放在微位移放大弹性体两端凹槽内，每组钹型叠堆压电元件组由2M个钹型压电元件相互贴合而成；钹型压电元件为两片相对放置的钹型薄金属帽夹持压电陶瓷盘组。本发明可在同一个电机上，实现大行程高速移动和高分辨率的低速移动。
【专利说明】一种宏微驱动钹型直线压电电机及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机的【技术领域】，尤其是指一种宏微驱动钹型直线压电电机及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]随着IC制造工艺的快速进步和市场对微小芯片的急切需求，芯片集成度日益增高，I/o密度越来越高，芯片尺寸、芯片引线间距和焊盘直径持续减小，芯片封装业的迅速发展对封装设备的定位精度和运动速度、加速度同时提出了极高的要求。然而，定位精度与运动速度的提高是相互矛盾的，运动速度、加速度提高，使得机构惯性力增大，惯性力变化的频率也随之加大，系统易于产生弹性变形和振动现象，既破坏机构的运动精度，增加机械稳定的建立时间，又影响构件的疲劳强度，加剧运动副中的磨损。高精度定位希望机构运动平缓，而高生产率又希望系统高速往复运动并高速启停，即大行程与高精度相互矛盾。如何较好地解决这些矛盾，实现大行程、高速机械运动系统的精密定位已成为当前芯片封装界一个亟待解决的问题。
[0003]压电陶瓷驱动因其体积小、位移分辨率高、响应速度快、输出力大、换能效率高等优点，成为精密定位时比较理想的驱动元件，但是其行程只有数十微米，因此其应用范围受到了限制。
[0004]目前现有技术中已有宏微驱动的概念，即在一个电机上，同时实现大行程高速移动和高分辨率的精密移动，但这一概念尚不能在实际应用中精确实现。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宏微驱动钹型直线压电电机及其驱动方法，该电机结构简单、紧凑、工作可靠，可在不同的驱动频率、工作电压和相位差下实现振子振动模态下的超声驱动，也可以通过微位移放大机构实现静态变形的微驱动(蠕动)，在同一个电机上，实现大行程高速移动和高分辨率的低速移动，即所谓的宏微驱动。
[0006]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其宏微驱动钹型直线压电电机为:包括机架、驱动振子、动子，其中，所述机架的一端设有滚动直线球轴承，其另一端设有用于锁定机架、驱动振子、动子并调节预紧力的预紧机构，所述动子依次穿过滚动直线球轴承、驱动振子和预紧机构；所述驱动振子包括两组中间带孔的钹型叠堆压电元件组、两个中间带孔的金属弹性体和一个中间带孔的微位移放大弹性体，所述动子穿过上述钹型叠堆压电元件组、金属弹性体、微位移放大弹性体的中间通孔，两个金属弹性体分别与微位移放大弹性体的两端连接，所述微位移放大弹性体孔内侧中部设有柔性铰拨齿，所述柔性铰拨齿与动子在驱动过程中摩擦接触连接，所述微位移放大弹性体两端设有用于放置钹型叠堆压电元件组的凹槽，两组钹型叠堆压电元件组对称放置在微位移放大弹性体的两端凹槽内，每组钹型叠堆压电元件组由2M个钹型压电元件相互贴合叠加而成，M为大于或等于I的自然数；所述钹型压电元件为两片相对放置的钹型薄金属帽夹持压电陶瓷盘组，接触面之间皆用导电胶粘接，每组压电陶瓷盘组由两个压电陶瓷盘极性相反相互贴合而成，其贴合面为极化正极面，压电陶瓷盘沿厚度方向极化，每片钹型薄金属帽和压电陶瓷盘公共接触区域均设为接线端子，每组压电陶瓷盘组的接触面即组内公共接触区域为电源信号输入端，每组压电陶瓷盘组的非公共接触区域为电源信号输入地端。
[0007]所述金属弹性体和微位移放大弹性体的外侧均设置有凸台，凸台内设有连接用的通孔，金属弹性体与微位移放大弹性体通过紧固螺栓连接。
[0008]所述金属弹性体的外侧面为棱柱结构，外侧面上设置有外螺纹，所述微位移放大弹性体上设置有内螺纹，二者通过螺纹配合连接，在微位移放大弹性体非螺纹位置处设置有用于使引线引出的孔。
[0009]所述金属弹性体的外侧面为棱柱结构，内侧面上设置有内螺纹，所述微位移放大弹性体上设置有外螺纹，二者通过螺纹配合连接，在金属弹性体非螺纹位置处设置有用于使引线引出的孔。
[0010]所述微位移放大弹性体沿轴线方向对称切出两个与轴线平行的平面为扳手位。
[0011]所述微位移放大弹性体为中空的、异形面柱体与柱体的组合体，或圆锥与圆柱的组合体，或棱锥与棱柱的组合体；所述柔性铰拨齿与微位移放大弹性体通过柔性铰联接而成；所述压电陶瓷盘为压电陶瓷圆环盘或内孔圆形的正多边形压电陶瓷盘。
[0012]所述微位移放大弹性体孔内侧中部设有的柔性铰拨齿为上、下对称的柔性铰拨齿；所述柔性铰拨齿从上往下看，左右两侧为平面，且投影线为直线、圆弧或抛物线。
[0013]所述预紧机构包括橡胶垫圈、光轴和紧固螺栓，所述动子穿过橡胶垫圈、光轴和紧固螺栓，所述橡胶垫圈设在金属弹性体和机架之间，通过橡胶垫圈的弹性变形，不仅起到调整预紧力的作用，同时也起到隔振的作用；所述光轴靠近远离滚动直线球轴承的那个金属弹性体，并位于橡胶垫圈和紧固螺栓之间，起到隔断扭矩的作用。
[0014]本发明所述的宏微驱动钹型直线压电电机的驱动方法，包括宏驱动和微驱动:
[0015]所述宏驱动是指:根据钹型叠堆压电元件组在驱动振子的位置，驱动振子在相位差为90度的交变电流作用下分别激励出两个近频、异型、相位差为90度的纵向驻波，两驻波合成后，在柔性铰拨齿与动子接触处表面质点形成椭圆微米级运动轨迹，通过调节驱动振子与动子之间的预紧力，依靠柔性铰拨齿与动子的摩擦力使动子进行大行程的高速直线运动，即宏直线运动；
[0016]所述微驱动是指:对钹型叠堆压电元件组施加直流高电压激励，使驱动振子沿柱体轴线方向产生第一次放大的静变形，而后再通过微位移放大弹性体内侧的对称柔性铰拨齿夹持动子产生第二次和第三次静变形放大的精密直线运动，即微直线运动。
[0017]宏驱动时，驱动振子受到超声激励，取其两纵向振动的对称振动模态与反对称振动模态，当两组钹型叠堆压电元件组同时通入同相正弦电压激励信号时，驱动振子的两端同时拉伸和压缩，为柔性铰拨齿与动子接触区域提供径向张合作用力，使得驱动振子有径向方向上的位移，该对称的纵向振动形式称为对称振动模态；当两组钹型叠堆压电元件组同时通入相位差为90度的正弦电压激励信号时，则驱动振子的一端拉伸，一端压缩，为柔性铰拨齿与动子接触区域提供间歇性的可改变方向的轴向方向作用力，使驱动振子有轴向方向上的位移，通过改变电压信号来改变轴向位移方向，这种非对称的纵向振动形式称为反对称振动模态；两个方向上的位移在柔性铰拨齿与动子接触区域表面质点形成椭圆微米级运动轨迹，从而驱动动子做高速直线运动；
[0018]微驱动时，钹型叠堆压电元件组在受到直流高电压激励时，沿轴向方向产生第一次纳米级放大的微变形，微位移放大弹性体中的柔性铰拨齿受到驱动振子的作用力通过柔性铰链的放大作用产生第二次静变形，而与动子接触区域的柔性铰拨齿同样通过柔性铰链的放大作用产生第三次静变形，最终通过摩擦作用将变形量传给动子，从而驱动动子做精密直线运动。
[0019]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0020]1、本发明在直线压电电机的基础上增加一个复合型驱动振子，通过对钹型叠堆压电元件组施以直流高电压，可以驱动动子做高分辨率的低速移动，再加上电机自身可进行大行程高速移动，因此即实现了宏微驱动。
[0021]2、本发明中的钹型压电元件只需沿轴向极化，不需面内分区，大大简化了压电元件的加工工艺。
[0022]3、本发明的电机结构简单紧凑，压电元件与金属弹性体不需粘接，通过金属弹性体和微位移放大弹性体紧固即可，加工简单，易于工业化生产，成本低。
[0023]4、本发明提供了三种金属弹性体与微位移放大弹性体的紧固方式，在实际应用中还可以根据不同的应用对压电陶瓷盘采用不同紧固方式，取得适当的预紧压力，适用场合广泛。
[0024]5、本发明方法是在相位差为90度的交变电流作用下对驱动振子分别激励出两个近频、同型、相位差为90度的纵向振动的驻波，其中涉及两种振动模态，改变金属弹性体和微位移放大弹性体尺寸长度使得两共振频率协调，为电机的设计和调试带来很大方便。
[0025]6、本发明将钹型叠堆压电元件组作为驱动源，同时通过柔性铰链的放大作用使动子产生较大的静变形，实现高分辨率的精密移动。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为实施例1中本发明所述电机的主剖视图。
[0027]图2为实施例1中本发明所述电机的爆炸图。
[0028]图3为实施例1中本发明所述驱动振子的主视图。
[0029]图4为图3的A-A剖视图。
[0030]图5为图4的B-B剖视图。
[0031]图6为实施例1中本发明所述驱动振子的接线示意图。
[0032]图7为实施例2中本发明所述驱动振子的主视图。
[0033]图8为图7的A-A剖视图。
[0034]图9为图8的B-B剖视图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合两个具体实施例对本发明作进一步说明。
[0036]实施例1
[0037]如图1和图2所示，本实施例所述的宏微驱动钹型直线压电电机，包括机架、驱动振子、动子1，以及用于锁定机架、驱动振子、动子I并调节预紧力的预紧机构。所述预紧机构包括紧固螺栓12、光轴10和橡胶垫圈9。所述机架由底板4及竖直固定在该底板4上的相对放置的左、右端盖3、11构成，所述驱动振子设在该左、右端盖3、11之间，并与端盖之间设有橡胶垫圈9，左端盖3上安装有滚动直线球轴承2，右端盖11上分别安装有光轴10和紧固螺栓12，光轴10位于橡胶垫圈9和紧固螺栓12之间，起到隔断扭矩的作用，预紧机构通过改变紧固螺栓12的进给深度和橡胶垫圈9的弹性变形，从而给电机定子一定预紧力。所述动子I为恒半径圆柱导杆，动子I穿过滚动直线球轴承2、橡胶垫圈9、驱动振子、光轴10和紧固螺栓12中间的孔，通过滚动直线球轴承2的导向作用，使得动子I做轴向直线运动。
[0038]如图3至图5所示，本实施例所述的驱动振子包括两组中间带孔的钹型叠堆压电元件组、两个中间带孔的金属弹性体5和一个中间带孔的微位移放大弹性体7，所述动子I穿过上述钹型叠堆压电元件组、金属弹性体5、微位移放大弹性体7的中间通孔，两个金属弹性体5分别与微位移放大弹性体7的两端连接，所述微位移放大弹性体孔内侧中部设有柔性铰拨齿13，所述柔性铰拨齿13与动子I在驱动过程中摩擦接触连接，二者接触区域即为驱动区域，所述微位移放大弹性体7的两端设有用于放置钹型叠堆压电元件组的凹槽，两组钹型叠堆压电元件组对称放置在微位移放大弹性体7的两端凹槽内，每组钹型叠堆压电元件组由2M个钹型压电元件相互贴合叠加而成，M为大于或等于I的自然数(在本实施例中，M= I);所述钹型压电元件为两片相对放置的钹型薄金属帽6夹持压电陶瓷盘组，接触面之间皆用导电胶粘接，每组压电陶瓷盘组由两个压电陶瓷盘8极性相反相互贴合而成，其贴合面为极化正极面，压电陶瓷盘8沿厚度方向极化，每片钹型薄金属帽6和压电陶瓷盘8公共接触区域均设为接线端子，每组压电陶瓷盘组的接触面即组内公共接触区域为电源信号输入端，每组压电陶瓷盘组的非公共接触区域为电源信号输入地端。
[0039]在本实施例中，所述金属弹性体5的外侧面为棱柱结构，内表面上设置有内螺纹，微位移放大弹性体7上设置有外螺纹，二者通过螺纹配合连接，并且，在金属弹性体5非螺纹位置处设置有用于使引线引出的孔，此种结构既方便于工作人员调节微位移放大弹性体7与金属弹性体5之间的松紧度，又可提高压电电机的性能。当然，金属弹性体5与微位移放大弹性体7还可以根据需要采用其它连接固定方式，比如金属弹性体5的外侧面为棱柱结构，外侧面上设置有外螺纹，微位移放大弹性体7上设置有内螺纹，二者通过螺纹配合连接，并且，在微位移放大弹性体7非螺纹位置处设置有用于使引线引出的孔，此种结构适合于小推力的应用场合；又比如金属弹性体5和微位移放大弹性体7的外侧均设置有凸台，为防止微位移放大弹性体7振动通过摩擦引起微位移放大弹性体7与接线端子之间产生径向位移，凸台内设有连接用的通孔，金属弹性体5与微位移放大弹性体7通过紧固螺栓连接，此种结构适合于承受更高的激励电压。
[0040]在实际应用中，所述微位移放大弹性体孔7内侧中部设有上、下对称的柔性铰拨齿13，所述柔性铰拨齿13与微位移放大弹性体7通过柔性铰联接而成。柔性铰拨齿13从上往下看，左右两侧为平面，且投影线为直线、圆弧或抛物线。在本实施例中，采用投影线为直线的拨齿。所述微位移放大弹性体7可以是中空的、异形面柱体与柱体的组合体，或圆锥与圆柱的组合体，或棱锥与棱柱的组合体。在本实施例中，微位移放大弹性体内孔两侧为中空的变直径的圆柱体。当微位移放大弹性体7与金属弹性体5通过螺纹配合连接时，为方便驱动振子的装配，并将钹型压电元件压紧，对微位移放大弹性体7沿轴线方向进行削切，对称切出两个与轴线平行的平面作为扳手位。在实际应用中，根据需要可以对金属弹性体5也进行削切，金属弹性体5的外侧面可以选择六边形、五边形、四边形棱柱，甚至只在表面削切两个平面也可以，用来作为扳手位，这样便于扳手调节松紧度。
[0041]在本实施例中，所述压电陶瓷盘8为压电陶瓷圆环盘，当然，也可以选择内孔圆形的正多边形压电陶瓷盘。所述橡胶垫圈9分别设在金属弹性体5和端盖之间，通过橡胶垫圈9的弹性变形，不仅起到调整预紧力的作用，同时也起到隔振的作用；所述光轴10靠近远离滚动直线球轴承2的那个金属弹性体，并位于橡胶垫圈9和紧固螺栓12之间，起到隔断扭矩的作用。
[0042]本实施例所述的电机安装过程如下:先安装驱动振子，将钹型叠堆式压电元件组卡在微位移放大弹性体7的凹槽内，将接线引线从微位移放大弹性体7的引线孔中引出后再进行内外螺纹的紧固，将微位移放大弹性体7和金属弹性体5紧固。安装后，将动子I穿过驱动振子中间，检查是否正确安装，防止零件的径向偏移，确认与动子I之间不发生干涉，无误后将动子I取出，振子安装结束。而后进行整机安装，先将滚动直线球轴承2装入机架的左端盖3内，从左向右依次安装一橡胶垫圈9、驱动振子、一橡胶垫圈9、一光轴10，然后用紧固螺栓12将整机拧紧，动子I从滚动直线球轴承2中间穿过，整机安装完毕。施加一定的预紧力，外接电源即准备开始工作。
[0043]本实施例基于上述宏微驱动钹型直线压电电机的驱动方法，包括宏驱动和微驱动，其具体情况如下:
[0044]宏驱动是指:根据钹型叠堆压电元件组在驱动振子的位置，驱动振子在相位差为90度的交变电流作用下分别激励出两个近频、异型、相位差为90度的纵向驻波，两驻波合成后，在柔性铰拨齿与动子接触处表面质点形成椭圆微米级运动轨迹，通过调节驱动振子与动子之间的预紧力，依靠柔性铰拨齿与动子的摩擦力使动子进行大行程的高速直线运动，即宏直线运动。
[0045]宏驱动时，驱动振子受到超声激励，取其两纵向振动的对称振动模态与反对称振动模态，当两组钹型叠堆压电元件组同时通入同相正弦电压激励信号时，驱动振子的两端同时拉伸和压缩，为柔性铰拨齿与动子接触区域提供径向张合作用力，使得驱动振子有径向方向上的位移，该对称的纵向振动形式称为对称振动模态；当两组钹型叠堆压电元件组同时通入相位差为90度的正弦电压激励信号时，则驱动振子的一端拉伸，一端压缩，为柔性铰拨齿与动子接触区域提供间歇性的可改变方向的轴向方向作用力，使驱动振子有轴向方向上的位移，通过改变电压信号来改变轴向位移方向，这种非对称的纵向振动形式称为反对称振动模态；两个方向上的位移在柔性铰拨齿与动子接触区域表面质点形成椭圆微米级运动轨迹，从而驱动动子做高速直线运动。经过对驱动振子各个部分尺寸有限元仿真计算与设计，使得上述两种振动模态的共振频率趋于一致，以便能使用同一频率激出这两种模态。
[0046]微驱动是指:对钹型叠堆压电元件组施加直流高电压激励，使驱动振子沿柱体轴线方向产生第一次放大的静变形，而后再通过微位移放大弹性体内侧的对称柔性铰拨齿夹持动子产生第二次和第三次静变形放大的精密直线运动，即微直线运动。
[0047]微驱动时，钹型叠堆压电元件组在受到直流高电压激励时，沿轴向方向产生第一次纳米级放大的微变形，微位移放大弹性体中的柔性铰拨齿受到驱动振子的作用力通过柔性铰链的放大作用产生第二次静变形，而与动子接触区域的柔性铰拨齿同样通过柔性铰链的放大作用产生第三次静变形，最终通过摩擦作用将较大的变形量传给动子，从而驱动动子做精密直线运动。通过直流高电压施加对象的不同，可以改变驱动振子微变形的方向。经过理论计算可知，变形量与电压成线性关系。
[0048]在实际应用中，钹型压电元件的数目及厚度可根据需求确定，如图4中所示，可在微位移放大弹性体7的两端凹槽中各放置两个钹型压电元件，每两个为一组，左右各一组，接线方法如图6所示，选择左侧压电陶瓷盘的公共接触区域为电源激励信号Usinon输入端，右侧压电陶瓷盘的公共接触区域为电源激励信号Ucos on输入端，其余压电陶瓷盘的非公共接触区域为电源信号接地端。
[0049]实施例2
[0050]如图7至图9所示，与实施例1不同的是本实施例所述的驱动振子减少微位移放大弹性体7上中部的体积，以减少施加在紧固螺栓12上的力矩，同时增大微位移放大弹性体7的静态变形，达到放大微驱动的效果。
[0051]以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种宏微驱动钹型直线压电电机，其特征在于:包括机架、驱动振子、动子，其中，所述机架的一端设有滚动直线球轴承，其另一端设有用于锁定机架、驱动振子、动子并调节预紧力的预紧机构，所述动子依次穿过滚动直线球轴承、驱动振子和预紧机构；所述驱动振子包括两组中间带孔的钹型叠堆压电元件组、两个中间带孔的金属弹性体和一个中间带孔的微位移放大弹性体，所述动子穿过上述钹型叠堆压电元件组、金属弹性体、微位移放大弹性体的中间通孔，两个金属弹性体分别与微位移放大弹性体的两端连接，所述微位移放大弹性体孔内侧中部设有柔性铰拨齿，所述柔性铰拨齿与动子在驱动过程中摩擦接触连接，所述微位移放大弹性体两端设有用于放置钹型叠堆压电元件组的凹槽，两组钹型叠堆压电元件组对称放置在微位移放大弹性体的两端凹槽内，每组钹型叠堆压电元件组由2M个钹型压电元件相互贴合叠加而成，M为大于或等于I的自然数；所述钹型压电元件为两片相对放置的钹型薄金属帽夹持压电陶瓷盘组，接触面之间皆用导电胶粘接，每组压电陶瓷盘组由两个压电陶瓷盘极性相反相互贴合而成，其贴合面为极化正极面，压电陶瓷盘沿厚度方向极化，每片钹型薄金属帽和压电陶瓷盘公共接触区域均设为接线端子，每组压电陶瓷盘组的接触面即组内公共接触区域为电源信号输入端，每组压电陶瓷盘组的非公共接触区域为电源信号输入地端。
2.根据权利要求1所述的一种宏微驱动钹型直线压电电机，其特征在于:所述金属弹性体和微位移放大弹性体的外侧均设置有凸台，凸台内设有连接用的通孔，金属弹性体与微位移放大弹性体通过紧固螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的一种宏微驱动钹型直线压电电机，其特征在于:所述金属弹性体的外侧面为棱柱结构，外侧面上设置有外螺纹，所述微位移放大弹性体上设置有内螺纹，二者通过螺纹配合连接，在微位移放大弹性体非螺纹位置处设置有用于使引线引出的孔。
4.根据权利要求1所述的一种宏微驱动钹型直线压电电机，其特征在于:所述金属弹性体的外侧面为棱柱结构，内侧面上设置有内螺纹，所述微位移放大弹性体上设置有外螺纹，二者通过螺纹配合连接，在金属弹性体非螺纹位置处设置有用于使引线引出的孔。
5.根据权利要求3或4所述的一种宏微驱动钹型直线压电电机，其特征在于:所述微位移放大弹性体沿轴线方向对称切出两个与轴线平行的平面为扳手位。
6.根据权利要求1所述的一种宏微驱动钹型直线压电电机，其特征在于:所述微位移放大弹性体为中空的、异形面柱体与柱体的组合体，或圆锥与圆柱的组合体，或棱锥与棱柱的组合体；所述柔性铰拨齿与微位移放大弹性体通过柔性铰联接而成；所述压电陶瓷盘为压电陶瓷圆环盘或内孔圆形的正多边形压电陶瓷盘。
7.根据权利要求1所述的一种宏微驱动钹型直线压电电机，其特征在于:所述微位移放大弹性体孔内侧中部设有的柔性铰拨齿为上、下对称的柔性铰拨齿；所述柔性铰拨齿从上往下看，左右两侧为平面，且投影线为直线、圆弧或抛物线。
8.根据权利要求1所述的一种宏微驱动钹型直线压电电机，其特征在于:所述预紧机构包括橡胶垫圈、光轴和紧固螺栓，所述动子穿过橡胶垫圈、光轴和紧固螺栓，所述橡胶垫圈设在金属弹性体和机架之间，通过橡胶垫圈的弹性变形，不仅起到调整预紧力的作用，同时也起到隔振的作用；所述光轴靠近远离滚动直线球轴承的那个金属弹性体，并位于橡胶垫圈和紧固螺栓之间，起到隔断扭矩的作用。
9.一种权利要求1至8任一项所述的宏微驱动钹型直线压电电机的驱动方法，其特征在于，包括宏驱动和微驱动: 所述宏驱动是指:根据钹型叠堆压电元件组在驱动振子的位置，驱动振子在相位差为90度的交变电流作用下分别激励出两个近频、异型、相位差为90度的纵向驻波，两驻波合成后，在柔性铰拨齿与动子接触处表面质点形成椭圆微米级运动轨迹，通过调节驱动振子与动子之间的预紧力，依靠柔性铰拨齿与动子的摩擦力使动子进行大行程的高速直线运动，即宏直线运动； 所述微驱动是指:对钹型叠堆压电元件组施加直流高电压激励，使驱动振子沿柱体轴线方向产生第一次放大的静变形，而后再通过微位移放大弹性体内侧的对称柔性铰拨齿夹持动子产生第二次和第三次静变形放大的精密直线运动，即微直线运动。
10.根据权利要求9所述的一种宏微驱动钹型直线压电电机的驱动方法，其特征在于: 宏驱动时，驱动振子受到超声激励，取其两纵向振动的对称振动模态与反对称振动模态，当两组钹型叠堆压电元件组同时通入同相正弦电压激励信号时，驱动振子的两端同时拉伸和压缩，为柔性铰拨齿与动子接触区域提供径向张合作用力，使得驱动振子有径向方向上的位移，该对称的纵向振动形式称为对称振动模态；当两组钹型叠堆压电元件组同时通入相位差为90度的正弦电压激励信号时，则驱动振子的一端拉伸，一端压缩，为柔性铰拨齿与动子接触区域提供间歇性的可改变方向的轴向方向作用力，使驱动振子有轴向方向上的位移，通过改变电压信号来改变轴向位移方向，这种非对称的纵向振动形式称为反对称振动模态；两个方向上的位移在柔性铰拨齿与动子接触区域表面质点形成椭圆微米级运动轨迹，从而驱动动子做高速直线运动； 微驱动时，钹型叠堆压电元件组在受到直流高电压激励时，沿轴向方向产生第一次纳米级放大的微变形，微位移放大弹性体中的柔性铰拨齿受到驱动振子的作用力通过柔性铰链的放大作用产生第二次静变形，而与动子接触区域的柔性铰拨齿同样通过柔性铰链的放大作用产生第三次静变形，最终通过摩擦作用将变形量传给动子，从而驱动动子做精密直线运动。
【文档编号】H02N2/06GK104518703SQ201410811476
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】张铁民, 李晟华, 梁莉 申请人:华南农业大学