本實用新型屬于壓電精密致動技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種慣性非共振式雙足壓電直線作動器。

背景技術(shù)：

壓電直線電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、定位精確、易于集成等優(yōu)勢受到國內(nèi)乃至全世界的廣泛關(guān)注，并被應(yīng)用于多個技術(shù)領(lǐng)域。基于疊層壓電陶瓷的非共振式壓電直線電機(jī)不僅擁有傳統(tǒng)電機(jī)的優(yōu)點，并且克服了傳統(tǒng)超聲電機(jī)易受環(huán)境因素影響的不足，具有較好的應(yīng)用前景。

慣性式電機(jī)是一種利用壓電陶瓷的快速變形產(chǎn)生的慣性沖擊來實現(xiàn)微位移的微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它具有很多優(yōu)勢如：運(yùn)動范圍大、分辨率能達(dá)到納米級、結(jié)構(gòu)簡單、部件可被微小化、并能在步進(jìn)運(yùn)動的同時實現(xiàn)精確定位等。

利用壓電元件動態(tài)特性的慣性沖擊式驅(qū)動器在精密驅(qū)動領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展為一項獨特的驅(qū)動型式，得到了廣泛的研究與應(yīng)用。然而就目前的對慣性式壓電直線電機(jī)研究技術(shù)還有一些不足，如：電機(jī)部件的微小化并未完全得到實現(xiàn)，定位精確的電機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，運(yùn)動的分辨率不高，運(yùn)動不具有連續(xù)性使得推力受到了限制，制造成本較高。因此設(shè)計一種能夠解決這些限制的壓電直線電機(jī)一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了一種慣性非共振式雙足壓電直線作動器，通過對對稱布置的兩個驅(qū)動足機(jī)構(gòu)中的疊層壓電陶瓷上分別施加電壓慢升快降和快升慢降的同頻鋸齒波電壓信號，以達(dá)到可以穩(wěn)定的做連續(xù)直線運(yùn)動，并且其具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、定位精確、運(yùn)動分辨率高、成本較低等優(yōu)點。

本實用新型是通過如下方法實現(xiàn)的：一種慣性非共振式雙足壓電直線作動器，包括底座，底座上方設(shè)置有導(dǎo)軌，其特在在于，所述的底座的上方還設(shè)置有定子組件；

所述的定子組件為軸對稱分布的驅(qū)動足，分別為定子組件左驅(qū)動足以及定子組件右驅(qū)動足；左右驅(qū)動足（左右定子組件左驅(qū)動足）包含作左、右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)，左、右疊層壓電陶瓷，左、右防剪切墊片，左、右預(yù)緊彈簧，左、右預(yù)緊螺釘，左、右預(yù)緊墊片；雙驅(qū)動足的存在，使得電機(jī)可以穩(wěn)定的做連續(xù)直線運(yùn)動，墊片避免了驅(qū)動足運(yùn)動部分與底座的直接接觸；通過雙驅(qū)動足的時序控制和共同作用，電機(jī)導(dǎo)軌的速度、推力及精度得到了較大的提升，實現(xiàn)了大行程、高精度的統(tǒng)一。

所述的定子組件左驅(qū)動足以及定子組件右驅(qū)動足內(nèi)部分別安裝有左疊層壓電陶瓷以及右疊層壓電陶瓷；左、右疊層壓電陶瓷作為電機(jī)的驅(qū)動元件在施加電壓后沿平行導(dǎo)軌運(yùn)動方向產(chǎn)生位移。

所述的定子組件的驅(qū)動足的凸出部位與導(dǎo)軌一側(cè)相接觸，通過定子組件的驅(qū)動足的凸出部位與導(dǎo)軌通過摩擦接觸，通過摩擦力作用驅(qū)動導(dǎo)軌作直線運(yùn)動。

進(jìn)一步，所述的定子組件左驅(qū)動足以及定子組件右驅(qū)動足分別通過左安裝螺釘、右安裝螺釘以及墊片固定在底座上。

進(jìn)一步，所述的定子組件左驅(qū)動足還包括左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)，與左疊層壓電陶瓷平行安裝于左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)內(nèi)部的左預(yù)緊彈簧；所述的左疊層壓電陶瓷左右兩側(cè)設(shè)置有左防剪切墊片；所述的安裝在左疊層壓電陶瓷左側(cè)左防剪切墊片與左預(yù)緊墊片接觸，安裝在左疊層壓電陶瓷右側(cè)左防剪切墊片與左驅(qū)動足右端梁接觸。預(yù)緊彈簧的存在彌補(bǔ)了機(jī)構(gòu)回復(fù)力不足導(dǎo)致機(jī)構(gòu)在回復(fù)階段不能及時回到初始階段，保證了作動原理的時序正確性，對電機(jī)性能的提升具有很大的作用。

進(jìn)一步，所述的定子組件左驅(qū)動足還包括左預(yù)緊墊片、左預(yù)緊螺釘；左疊層壓電陶瓷通過左預(yù)緊螺釘、左預(yù)緊墊片壓緊于左驅(qū)動足“口”字型機(jī)構(gòu)內(nèi)部，所述左預(yù)緊彈簧固定于口字型機(jī)構(gòu)內(nèi)部與左疊層壓電陶瓷并列安裝。

進(jìn)一步，所述的定子組件右驅(qū)動足包括右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)，與右疊層壓電陶瓷平行安裝于右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)內(nèi)部的右預(yù)緊彈簧；所述的右疊層壓電陶瓷左右兩側(cè)設(shè)置有右防剪切墊片；所述的右疊層壓電陶瓷右側(cè)安裝的右防剪切墊片與左預(yù)緊墊片接觸，安裝在右疊層壓電陶瓷左側(cè)的右防剪切墊片與左驅(qū)動足左端梁接觸。

進(jìn)一步，所述的定子組件右驅(qū)動足還包括右預(yù)緊墊片、右預(yù)緊螺釘；右疊層壓電陶瓷通過右預(yù)緊螺釘、右預(yù)緊墊片壓緊于右驅(qū)動足“口”字型機(jī)構(gòu)內(nèi)部，所述右預(yù)緊彈簧固定于口字型機(jī)構(gòu)內(nèi)部與右疊層壓電陶瓷并列安裝。

進(jìn)一步，所述的定子組件左驅(qū)動足以及定子組件右驅(qū)動足的一端對稱設(shè)置有割縫，以形成柔性鉸鏈；兩片對稱布置的驅(qū)動足機(jī)構(gòu)為“口”字型結(jié)構(gòu)，其割縫以形成柔性鉸鏈；即柔性鉸鏈為位于定子組件驅(qū)動足左下方的割縫位于驅(qū)動足下方梁而形成的。

進(jìn)一步，所述的導(dǎo)軌通過螺釘固定連接與底座上；導(dǎo)軌作為電機(jī)動子固定于底座上，輸出直線運(yùn)動。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

（1）采用疊層壓電陶瓷作為核心驅(qū)動元件，電機(jī)工作狀態(tài)為非共振模式，克服了傳統(tǒng)超聲電機(jī)易受環(huán)境因素影響的不足，運(yùn)行穩(wěn)定，精度較高；

（2）采用雙足驅(qū)動方式，改善了利用疊層壓電陶瓷作為驅(qū)動元件抗拉力弱只能伸不能縮的狀況，實現(xiàn)了雙向大行程、高精度作動；

（3）本實用新型的壓電直線電機(jī)機(jī)構(gòu)較為簡單、加工方便，可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，且其運(yùn)行穩(wěn)定、定位精確、運(yùn)動分辨率高、成本較低等優(yōu)點；

（4）本實用新型在疊層壓電陶瓷上施加了電壓慢升快降和快升慢降的鋸齒波電壓信號，驅(qū)動方式較為簡單，避免了復(fù)雜的驅(qū)動形式。

附圖說明

圖1是本實用新型慣性非共振式壓電直線電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型慣性非共振式壓電直線電機(jī)的定子組件分解示意圖；

圖3是本實用新型施加在兩個疊層壓電陶瓷上的鋸齒波信號示意圖；

圖4是本實用新型慣性非共振式壓電直線電機(jī)運(yùn)動原理示意圖；

其中，1-導(dǎo)軌，2-底座，3-定子組件左驅(qū)動足，3.1-左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)，3.2-左預(yù)緊彈簧，3.3-左疊層壓電陶瓷，3.4-左防剪切墊片，3.5-左預(yù)緊墊片，3.6-左預(yù)緊螺釘，4-定子組件右驅(qū)動足，4.1-右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)，4.2-右預(yù)緊彈簧， 4.3-右疊層壓電陶瓷， 4.4-右防剪切墊片， 4.5-右預(yù)緊墊片，4.6-右預(yù)緊螺釘，5-墊片，6-左安裝螺釘，7-右安裝螺釘，8-運(yùn)動方向。

具體實施方式

本實用新型提供一種慣性非共振式雙足壓電直線作動器，為使本實用新型的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本實用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1~2所示，本實用新型公開的一種慣性非共振式雙足壓電直線作動器，包括底座2，底座2上方設(shè)置有導(dǎo)軌1，所述的導(dǎo)軌1通過螺釘固定連接與底座上，所述的底座2的上方還設(shè)置有定子組件；所述的定子組件為軸對稱分布的左、右驅(qū)動足，分別為定子組件左驅(qū)動足3以及定子組件右驅(qū)動足4；所述的定子組件的驅(qū)動足的凸出部位與導(dǎo)軌1一側(cè)相接觸；

所述的定子組件左驅(qū)動足3以及定子組件右驅(qū)動足4分別通過左安裝螺釘6、右安裝螺釘7以及墊片5固定在底座2上。

所述的定子組件左驅(qū)動足3包括左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)3.1，平行安裝于左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)3.1內(nèi)部的左預(yù)緊彈簧3.2以及左疊層壓電陶瓷3.3；所述的左疊層壓電陶瓷3.3左右兩側(cè)設(shè)置有左防剪切墊片3.4，左防剪切墊片3.4在左疊層壓電陶瓷3.3左端與左預(yù)緊墊片3.5接觸，在左疊層壓電陶瓷3.3的右端與左驅(qū)動足3.1右端梁接觸。左疊層壓電陶瓷3.3通過左預(yù)緊墊片3.5、左預(yù)緊螺釘3.6壓緊于左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)3.1內(nèi)部，所述左預(yù)緊彈簧3.2固定于口字型左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)3.1內(nèi)部與左疊層壓電陶瓷3.3并列安裝。

所述的定子組件右驅(qū)動足4包括右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)4.1，平行安裝于右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)4.1內(nèi)部的右預(yù)緊彈簧4.2與右疊層壓電陶瓷4.3；所述的右疊層壓電陶瓷4.3左右兩側(cè)設(shè)置有右防剪切墊片4.4；右防剪切墊片4.4在右疊層壓電陶瓷4.3的左端與左預(yù)緊墊片4.5接觸，在右疊層壓電陶瓷4.3的右端與左驅(qū)動足4.1左端梁接觸。右疊層壓電陶瓷4.3通過右預(yù)緊墊片4.5、右預(yù)緊螺釘4.6壓緊于右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)4.1內(nèi)部，所述右預(yù)緊彈簧4.2固定于口字型右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)4.1內(nèi)部與右疊層壓電陶瓷4.3并列安裝。

如圖3~4所示，圖3為本實用新型壓電直線電機(jī)常用的驅(qū)動電信號，圖4所示為定子組件與導(dǎo)軌運(yùn)動原理示意圖。圖3所示的施加于所述壓電直線電機(jī)的驅(qū)動信號為同頻慢升快降和快升慢降的鋸齒波電壓信號。給左驅(qū)動足中的左疊層壓電陶瓷3.3、右驅(qū)動足中的右疊層壓電陶瓷4.3分別施加電壓慢升快降和快升慢降的同頻鋸齒波電壓信號。當(dāng)處于上半周期中，左驅(qū)動足中的左疊層壓電陶瓷3.3在緩慢上升的電壓信號作用下伸長，帶動左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)3.1在平行于導(dǎo)軌1運(yùn)動方向8產(chǎn)生一定的位移，通過摩擦力作用驅(qū)動導(dǎo)軌1作直線運(yùn)動，而右驅(qū)動足中的右疊層壓電陶瓷4.3在陡升的電壓信號作用下快速伸長至一定長度，帶動右驅(qū)動足機(jī)構(gòu)4.1伸長，由于伸長速度較快，對導(dǎo)軌影響較?。欢?dāng)處于下半周期時，左驅(qū)動足中的左疊層壓電陶瓷3.3在陡落的電壓信號作用下迅速回復(fù)至原長，左驅(qū)動足機(jī)構(gòu)3.1在左預(yù)緊彈簧3.2及機(jī)構(gòu)回復(fù)力作用下迅速回復(fù)至初始狀態(tài)，由于回復(fù)狀態(tài)較快，對導(dǎo)軌影響較小，而右驅(qū)動足的右疊層壓電陶瓷4.3在緩慢下降的電壓信號作用下從一定長度回復(fù)到原長，同時驅(qū)動足機(jī)構(gòu)在在右預(yù)緊彈簧4.2及機(jī)構(gòu)回復(fù)力作用下緩慢回復(fù)至初始狀態(tài)，同時通過摩擦力驅(qū)動導(dǎo)軌1沿與上半周期運(yùn)動方向8繼續(xù)運(yùn)動。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生大行程的直線運(yùn)動。