压电粘滑直线电机.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910358065.6 (22)申请日 2019.04.30 (71)申请人 宁波大学 地址 315211 浙江省宁波市江北区风华路 818号宁波大学机械工程与力学学院 (72)发明人 崔玉国赵余杰李锦棒应志奇 孙靖康汪家乐 (74)专利代理机构 宁波市天晟知识产权代理有 限公司 33219 代理人 王美荣黄晓凡 (51)Int.Cl. H02N 2/02(2006.01) H02N 2/04(2006.01) (54)发明名称 一种压电粘滑直线电机 (57)摘要 本发明公。

2、开了一种压电粘滑直线电机， 包括 支架， 支架包括互相平行的第一立柱和第二立 柱， 第一立柱和第二立柱架设有轴体， 轴体上间 隔设有第一限位体和第二限位体， 轴体在第一限 位体和第二限位体之间套设有管状的压电执行 器和柔性套筒； 柔性套筒包括顶设于压电执行器 的第一刚性体， 顶设于第二限位体的第二刚性 体， 以及连接第一刚性体和第二刚性体的柔性折 叠梁； 第一刚性体套设有运动套筒； 第一刚性体 的外径分别大于第二刚性体、 第二限位体、 柔性 折叠梁、 压电执行器。 本发明的优点是电机整体 结构简单、 紧凑； 柔性套筒为一体化结构， 避免了 装配及调节过程； 能调节运动套筒与柔性套筒之 间的摩擦。

3、力； 运动套筒能产生严格的直线运动。 权利要求书1页 说明书4页 附图7页 CN 110190774 A 2019.08.30 CN 110190774 A 1.一种压电粘滑直线电机， 包括支架(3)， 其特征是： 所述的支架(3)包括互相平行的第 一立柱(31)和第二立柱(32)， 所述的第一立柱(31)和所述的第二立柱(32)架设有轴体(1)， 所述的轴体(1)上间隔设有第一限位体(13)和第二限位体(5)， 所述的轴体(1)在所述的第 一限位体(13)和第二限位体(5)之间套设有管状的压电执行器(2)和柔性套筒(4)； 所述的 柔性套筒(4)包括顶设于所述的压电执行器(2)的第一刚性体(。

4、41)， 顶设于第二限位体(5) 的第二刚性体(43)， 以及连接第一刚性体(41)和第二刚性体(43)的柔性折叠梁(42)； 所述 的第一刚性体(41)套设有运动套筒(7)； 所述的第一刚性体(41)的外径分别大于第二刚性 体(43)、 第二限位体(5)、 柔性折叠梁(42)、 压电执行器(2)。 2.根据权利要求1所述的一种压电粘滑直线电机， 其特征是： 所述的第一刚性体(41)包 括设于自身正上方的导向条(411)， 所述的导向条(411)平行于所述的轴体(1)， 所述的运动 套筒(7)设有与所述的导向条(411)相匹配的导向槽(74)。 3.根据权利要求2所述的一种压电粘滑直线电机， 。

5、其特征是： 所述的第二立柱(32)设有 套置于所述的轴体(1)的第一轴孔(311)， 所述的第一立柱(31)设有套置于所述的轴体(1) 的第二轴孔(321)； 所述的轴体(1)包括套设于所述的第一轴孔(311)中的第一螺纹段(11)， 以及套设于所述的第二轴孔(321)中的第二螺纹段(12)； 所述的轴体(1)螺纹配装有第一螺 母(61)和第二螺母(62)， 所述的第一螺母(61)顶设于所述的第一轴孔(311)的外端， 所述的 第二螺母(62)顶设于所述的第二轴孔(321)的外端。 4.根据权利要求3所述的一种压电粘滑直线电机， 其特征是： 所述的第二限位体(5)是 配装于所述的第二螺纹段(1。

6、2)的螺母， 所述的轴体(1)还包括设于所述的第一限位体(13) 与所述的第二螺纹段(12)之间的光轴段(14)， 所述的光轴段(14)在位于第二螺纹段(12)的 一端设有卡凸(141)， 所述的卡凸(141)轴向设于所述的光轴段(14)的外周， 所述的第二刚 性体(43)设有与所述的卡凸(141)相匹配的卡槽(431)。 5.根据权利要求4所述的一种压电粘滑直线电机， 其特征是： 所述的运动套筒(7)包括 连通所述的运动套筒(7)内外壁的窄缝(73)， 所述的窄缝(73)连通于所述的运动套筒(7)的 两端， 所述的窄缝(73)的两个边缘分别设有第一瓣体(71)和第二瓣体(72)， 所述的第一。

7、瓣 体(71)和第二瓣体(72)连接有调节螺钉(8)， 所述的窄缝(73)位于所述的柔性套筒(4)的正 下方。 6.根据权利要求5所述的一种压电粘滑直线电机， 其特征是： 所述的运动套筒(7)的长 度大于所述的导向条(411)的长度。 7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的一种压电粘滑直线电机， 其特征是： 所述的 第一刚性体(41)、 第二刚性体(43)和柔性折叠梁(42)为一体成型件， 所述的第一限位体 (13)和轴体(1)为一体成型件。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110190774 A 2 一种压电粘滑直线电机 技术领域 0001 本发明属于纳米定位技术领域， 涉及大行程、 高。

8、分辨率精密位移驱动器， 特别涉及 一种压电粘滑直线电机。 背景技术 0002 压电粘滑直线电机是一种既能实现毫米及厘米级大行程、 又能实现纳米级高分辨 率的精密位移驱动器。 它基于压电执行器在锯齿波电压作用下的不对称振动所造成的动子 与定子间动静摩擦力之差， 将压电执行器的微小位移不断累加， 从而成为连续的大行程位 移。 相对于电磁式直线电机， 压电粘滑直线电机具有无磁场、 易于控制、 不存在端部效应及 推力波动等优点； 相对于超声谐振式、 尺蠖驱动式等压电直线电机， 具有易于微小化、 驱动 控制简单、 快速运动时可忽略压电执行器迟滞非线性的影响等优点。 因此， 在需要微型化、 轻量化、 无磁。

9、场的微纳操作技术领域， 如MEMS组装、 细胞操作等， 压电粘滑直线电机展现出 独特优势。 但目前的压电粘滑直线电机还存在以下不足： 1) 电机整体结构复杂、 不紧凑； 2) 动子和定子的装配及调节过程复杂； 3) 动子与定子之间的静摩擦力不易调节； 4) 动子在运动过程中无导向， 运动精度低。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状， 提供结构简单紧凑、 动 子和定子装配及调节简单、 动子与定子间静摩擦力易于调节、 动子运动精度高的一种压电 粘滑直线电机。 0004 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为： 一种压电粘滑直线电机， 包括支 架， 支架包括互相平。

10、行的第一立柱和第二立柱， 第一立柱和第二立柱架设有轴体， 轴体上间 隔设有第一限位体和第二限位体， 轴体在第一限位体和第二限位体之间套设有管状的压电 执行器和柔性套筒； 柔性套筒包括顶设于压电执行器的第一刚性体， 顶设于第二限位体的 第二刚性体， 以及连接第一刚性体和第二刚性体的柔性折叠梁； 第一刚性体套设有运动套 筒； 第一刚性体的外径分别大于第二刚性体、 第二限位体、 柔性折叠梁、 压电执行器。 0005 为优化上述技术方案， 采取的措施还包括： 上述的第一刚性体包括设于自身正上方的导向条， 导向条平行于轴体， 运动套筒设有 与所述的导向条相匹配的导向槽。 0006 上述的第一立柱设有套置。

11、于轴体的第一轴孔， 第二立柱设有套置于轴体的第二轴 孔； 轴体包括套设于第一轴孔中的第一螺纹段， 以及套设于第二轴孔中的第二螺纹段； 轴体螺纹配装有第一螺母和第二螺母， 第一螺母顶设于第一轴孔的外端， 第二螺母顶 设于第二轴孔的外端。 0007 上述的第二限位体是配装于第二螺纹段的螺母， 轴体还包括设于第一限位体与第 说明书 1/4 页 3 CN 110190774 A 3 二螺纹段之间的光轴段， 光轴段在位于第二螺纹段的一端设有卡凸， 卡凸轴向设于光轴段 的外周， 第二刚性体设有与卡凸相匹配的卡槽。 0008 上述的运动套筒包括连通运动套筒内外壁的窄缝， 窄缝连通于运动套筒的两端， 窄缝的两。

12、个边缘分别设有第一瓣体和第二瓣体， 第一瓣体和第二瓣体连接有调节螺钉， 窄 缝位于所述的柔性套筒的正下方。 0009 上述的运动套筒的长度大于导向条的长度。 0010 上述的第一刚性体、 第二刚性体和柔性折叠梁为一体成型件， 第一限位体和轴体 为一体成型件。 0011 与现有技术相比， 本发明的一种压电粘滑直线电机， 包括支架， 支架包括互相平行 的第一立柱和第二立柱， 第一立柱和第二立柱架设有轴体， 轴体上间隔设有第一限位体和 第二限位体， 轴体在第一限位体和第二限位体之间套设有管状的压电执行器和柔性套筒； 柔性套筒包括顶设于压电执行器的第一刚性体， 顶设于第二限位体的第二刚性体， 以及连 。

13、接第一刚性体和第二刚性体的柔性折叠梁； 第一刚性体套设有运动套筒； 第一刚性体的外 径分别大于第二刚性体、 第二限位体、 柔性折叠梁、 压电执行器。 设从第一限位体到第二限 位体的方向为正向， 从第二限位体到第一限位体的方向为反向， 给压电执行器缓慢施加电 压， 则伸长的压电执行器推动第一刚性体正向移动， 与此同时第一刚性体带着运动套筒正 向移动， 给压电执行器突然断电， 则压电执行器迅速复原， 柔性折叠梁迅速推动第一刚性体 反向移动， 由于惯性作用， 运动套筒不会与第一刚性体一同沿反向移动， 以此实现运动套筒 的正向移动。 本发明的优点是： 1) 电机整体结构简单、 紧凑； 2) 柔性套筒为。

14、一体化结构， 避免了装配及调节过程； 3) 运动套筒能通过调节螺钉产生弹性变形， 从而能调节运动套筒与柔性套筒之间的 摩擦力； 4) 柔性套筒上的导向条能使运动套筒产生严格的直线运动， 进而能提高运动套筒的 精度。 附图说明 0012 图1是本发明的立体结构示意图； 图2是图1的分解示意图； 图3是图2中去掉运动套筒和调节螺钉后的进一步分解示意图； 图4是图1中运动套筒内部的结构示意图； 图5是图4的分解示意图； 图6是本发明运动套筒沿正向移动时压电执行器的工作时序图； 图7是本发明运动套筒沿反向移动时压电执行器的工作时序图； 图8是在一个运动周期T内运动套筒沿着正向移动的实现过程示意图： 图。

15、9是在一个运动周期T内运动套筒沿着反向移动的实现过程示意图； 图10是本发明卡凸和卡槽配合的横截面示意图。 说明书 2/4 页 4 CN 110190774 A 4 具体实施方式 0013 以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。 0014 图1至图5， 以及图10为本发明的结构示意图， 其中的附图标记为： 轴体1、 第一螺纹 段11、 第二螺纹段12、 第一限位体13、 光轴段14、 卡凸141、 压电执行器2、 支架3、 第一立柱31、 第一轴孔311、 第二立柱32、 第二轴孔321、 柔性套筒4、 第一刚性体41、 导向条411、 柔性折叠 梁42、 第二刚性体43、 卡槽431。

16、、 第二限位体5、 第一螺母61、 第二螺母62、 运动套筒7、 第一瓣 体71、 第二瓣体72、 窄缝73、 调节螺钉8。 0015 图1至5为本发明的结构示意图， 如图所示， 一种压电粘滑直线电机， 包括支架3， 支 架3包括互相平行的第一立柱31和第二立柱32， 第一立柱31和第二立柱32架设有轴体1， 轴 体1上间隔设有第一限位体13和第二限位体5， 轴体1在第一限位体13和第二限位体5之间套 设有管状的压电执行器2和柔性套筒4； 柔性套筒4包括顶设于压电执行器2的第一刚性体 41， 顶设于第二限位体5的第二刚性体43， 以及连接第一刚性体41和第二刚性体43的柔性折 叠梁42； 第一。

17、刚性体41套设有运动套筒7； 第一刚性体41的外径分别大于第二刚性体43、 第 二限位体5、 柔性折叠梁42、 压电执行器2。 柔性折叠梁42能在压电执行器2的作用下， 由第一 刚性体41带动发生弹性变形。 设从第一限位体13到第二限位体5的方向为正向， 从第二限位 体5到第一限位体13的方向为反向， 给压电执行器2缓慢施加电压， 则伸长的压电执行器2推 动第一刚性体41沿正向移动， 与此同时第一刚性体41带着运动套筒7正向移动， 给压电执行 器2突然断电， 则压电执行器2迅速复原， 柔性折叠梁42迅速推动第一刚性体41反向移动， 由 于惯性作用， 运动套筒7不会与第一刚性体41一同沿反向移动。

18、， 最终实现运动套筒7的正向 移动。 给压电执行器2快速施加足量的电压， 则伸长的压电执行器2快速推动第一刚性体41 沿正向移动， 由于惯性作用， 运动套筒7不会与第一刚性体41一同同沿正向移动； 给压电执 行器2缓慢断电， 则伸长的压电执行器2缓慢复原， 柔性折叠梁42缓慢推动第一刚性体41反 向移动， 与此同时， 第一刚性体41带着运动套筒7沿反向移动， 最终实现运动套筒7的反向移 动。 0016 实施例中， 第一刚性体41包括设于自身正上方的导向条411， 导向条411平行于轴 体1， 运动套筒7设有与所述的导向条411相匹配的导向槽74。 导向条411与导向槽74的凸凹 滑动配合能够防。

19、止运动套筒7的转动， 从而使运动套筒7产生严格的直线位移。 0017 实施例中， 第一立柱31设有套置于轴体1的第一轴孔311， 第二立柱32设有套置于 轴体1的第二轴孔321； 轴体1包括套设于第一轴孔311中的第一螺纹段11， 以及套设于第二 轴孔321中的第二螺纹段12。 轴体1螺纹配装有第一螺母61和第二螺母62， 第一螺母61顶设 于第一轴孔311的外端， 第二螺母62顶设于第二轴孔321的外端。 第一螺母61和第二螺母62 能将轴体1固定在支架3上。 0018 实施例中， 第二限位体5是配装于第二螺纹段12的螺母， 轴体1还包括设于第一限 位体13与第二螺纹段12之间的光轴段14，。

20、 光轴段14在位于第二螺纹段12的一端设有卡凸 141， 卡凸141轴向设于光轴段14的外周， 第二刚性体43设有与卡凸141相匹配的卡槽431， 如 图10所示。 装配时， 柔性套筒4从第二螺纹段12的一端套入轴体1， 第二刚性体43通过卡槽 431卡置在卡凸141内， 从而防止第二刚性体43在轴体1上转动。 第二限位体5能够限位柔性 套筒4， 并且能对压电执行器2起到预紧的作用。 0019 实施例中， 运动套筒7包括连通运动套筒7内外壁的窄缝73， 窄缝73连通于运动套 说明书 3/4 页 5 CN 110190774 A 5 筒7的两端， 窄缝73的两个边缘分别设有第一瓣体71和第二瓣体。

21、72， 第一瓣体71和第二瓣体 72连接有调节螺钉8， 窄缝73位于所述的柔性套筒4的正下方。 运动套筒7能通过调节螺钉8 产生弹性变形， 从而能调节运动套筒7与柔性套筒4之间的静摩擦力， 以及调节导向槽74对 导向条411夹持的松紧程度。 0020 实施例中， 运动套筒7的长度大于导向条411的长度。 0021 实施例中， 第一刚性体41、 第二刚性体43和柔性折叠梁42为一体成型件， 第一限位 体13和轴体1为一体成型件。 一体成型件能避免装配调节过程， 使电机装配方便， 运行稳定。 0022 本发明的工作原理如下： 将支架3固定在平台上， 设从第一限位体13到第二限位体5的方向为正向， 。

22、从第二限位 体5到第一限位体13的方向为反向。 0023 如图8所示， 在一个运动周期T内运动套筒7沿着正向移动的实现过程如下： 第一 步， 使第一刚性体41带着运动套筒7沿正向移动。 具体步骤如图6所示， 给压电执行器2缓慢 施加电压u(t)， 缓慢伸长的压电执行器2会推动第一刚性体41沿正向移动， 与此同时， 第一 刚性体41带着运动套筒7沿正向移动。 0024 第二步， 使压电执行器2和第一刚性体41迅速复原， 而运动套筒7不动。 具体步骤如 图6所示， 在压电执行器2的伸长达到最大值的t1时刻， 给压电执行器2快速断电， 直至在t2 时刻电压u(t)为0， 则压电执行器2迅速复原， 柔。

23、性折叠梁42推动第一刚性体41迅速复原， 由 于惯性作用， 运动套筒7不会跟着第一刚性向反向移动， 最终实现运动套筒7的正向移动。 0025 在一个运动周期T内运动套筒7沿着反向移动的实现过程如下： 如图9所示， 第一 步， 使第一刚性体41沿正向移动， 而运动套筒7不动。 具体步骤如图7所示， 给压电执行器2快 速施加电压u(t)， 压电执行器2推动第一刚性体41沿正向快速移动， 由于惯性作用， 运动套 筒7不会跟着第一刚性向正向移动。 0026 第二步， 使压电执行器2和第一刚性体41缓慢复原， 带动运动套筒7反向移动。 具体 步骤如图7所示， 在压电执行器2的伸长达到最大值的t1时刻， 。

24、给压电执行器2缓慢断电， 直 至在t2时刻电压u(t)为0， 则压电执行器2缓慢复原， 柔性折叠梁42推动第一刚性体41缓慢 复原， 第一刚性体41带着运动套筒7反向移动， 最终实现运动套筒7的反向移动。 0027 本发明的最佳实施例已阐明， 由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不 会脱离本发明的范围。 说明书 4/4 页 6 CN 110190774 A 6 图1 图2 说明书附图 1/7 页 7 CN 110190774 A 7 图3 图4 说明书附图 2/7 页 8 CN 110190774 A 8 图5 说明书附图 3/7 页 9 CN 110190774 A 9 图6 图7 说明书附图 4/7 页 10 CN 110190774 A 10 图8 说明书附图 5/7 页 11 CN 110190774 A 11 图9 说明书附图 6/7 页 12 CN 110190774 A 12 图10 说明书附图 7/7 页 13 CN 110190774 A 13 。