CN103151959A - 一种压电驱动直线运动装置 - Google Patents

Abstract

一种压电驱动直线运动装置，它涉及一种压电驱动运动装置，以解决现有单一组合振子作为定子的直线驱动装置采用轴承作为支撑结构，驱动力较小且结构复杂的问题，它包括上支撑架、下支撑架、直线导轨、导向套、两套预紧机构和两套定子，两套定子分别设置在上支撑架和下支撑架上，上支撑架的一端和下支撑架的一端转动连接，上支撑架的另一端和下支撑架的另一端通过两套预紧机构连接，导向套与所述上支撑架的一侧转动连接，直线导轨的一端穿过导向套，直线导轨的另一端在两个预紧机构之间穿过并与两个预紧机构接触，两个驱动足正对设置在位于导向套和两个预紧机构之间的直线导轨上并分别夹紧直线导轨。本发明用于大推力精密驱动领域。

Description

一种压电驱动直线运动装置

技术领域

本发明涉及一种压电驱动运动装置，具体涉及一种组合振子作为定子的压电驱动直线运动装置。

背景技术

压电驱动直线运动装置特别适合精密驱动，光学仪器，机床控制等领域等应用。这种装置主要由定子(或振子)，动子(或导轨)，支撑结构和加压系统等组成。工作中利用压电陶瓷的逆压电效应，在定子驱动部分产生斜向或椭圆运动，借助于接触摩擦力驱动动子单向直线或往复直线运动。

目前，实现直线运动的振子结构有多种形式，其中组合振子是较常用振子，它包括两种结构，经文献检索，中国专利申请号为200810124426.2的发明专利申请提出一种一体组合的振子，中国专利号为03132540.8的发明专利提出一种分离组合振子，组合振子结构经常采用振子固定导轨运动的传动方式，如中国专利申请号为200810124426.2的发明专利申请提出的K形直线电机结构；在某些场合也采用导轨固定振子移动方式，对于振子移动的方式，通电之后可以实现振子沿导轨的直线运动。

但是，目前将该组合振子作为定子的直线驱动装置结构复杂，如中国专利号为201010018343.2的发明专利提出的支撑部分采用轴承结构，影响了驱动装置的可靠性；另一个共同特点是都采用单一组合振子结构，驱动力小。由于压电装置的支撑和夹紧对工作性能有重要影响，暂时没有一种专门针对该组合振子的支撑机构，使该直线驱动装置产生较大的驱动力。

发明内容

本发明的目的是为解决现有单一组合振子作为定子的直线驱动装置采用轴承作为支撑结构，驱动力较小且结构复杂的问题，进而提供一种压电驱动直线运动装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种压电驱动直线运动装置包括上支撑架、下支撑架、直线导轨、导向套、两套预紧机构和两套定子，每套定子包括两个振子，每个振子包括前端盖、后端盖、电极片和压电陶瓷，前端盖和后端盖之间设置有电极片和压电陶瓷且四者连接为一体，每套定子的两个振子的前端盖连为一体，且两个振子的中心线之间的夹角为30°～90°，两个振子的连接处为驱动足，上支撑架和下支撑架分别设置在直线导轨的上下两侧，两套定子分别设置在上支撑架和下支撑架上，上支撑架的一端和下支撑架的一端转动连接，上支撑架的另一端和下支撑架的另一端通过两套预紧机构连接，预紧机构用于调节两个定子对直线导轨的预紧力，两套预紧机构正对设置，导向套与所述上支撑架的一侧转动连接，直线导轨的一端穿过导向套，直线导轨的另一端在两个预紧机构之间穿过并与两个预紧机构接触，两个驱动足正对设置在位于导向套和两个预紧机构之间的直线导轨上并分别夹紧直线导轨。

本发明的有益效果是：本发明采用两套定子，每套定子由两个振子组合连接一起形成单一组合振子，上支撑架的另一端与下支撑架的另一端通过两套预紧机构连接，两个驱动足夹紧直线导轨，通过预紧机构调节控制两个定子对直线导轨的预紧，进而保证了两套定子的振子对直线导轨的预紧力的一致性，这种一致性的预紧力的调整不会因为振子驱动足的磨损而受到影响，不会阻碍导轨的运行，同时，预紧机构实现对导轨的辅助导向作用，使用时，通过对每套定子的两个振子采用合理的加电方式激励压电陶瓷振动，每套定子的两个振子上激励出电压相位差均为π/2的振动模态，保证两套定子产生一致的驱动，进而实现两个定子对导轨的驱动作用，也即保证直线导轨向一个方向运动，从而解决了使用轴承作为支撑轨摩擦力大，振子对导轨产生的驱动推力较小的问题。

为了防止直线导轨在运动过程中产生摆动，运行不稳定，本发明设置了导向套，直线导轨穿设在导向套上，通过导向套-两个驱动足来对直线导轨进行导向，上支撑架的一端和下支撑架的一端转动连接，因此，当振子驱动足与导轨发生磨损，由于预紧力的存在，上支撑架和下支撑架会向着对方旋转一个小角度，此时，导轨也发生相对运动，导向套也可以相对上支撑架转动，导向套可以自适应导轨的旋转运动，使导轨与导向套之间不存在正压力，此时，只有驱动足存在对导轨的摩擦，该摩擦力即为驱动导轨运行的动力，本发明对导轨的阻力降到近似为零，有效地降低了驱动力的损失，提高了驱动负载的能力，本发明采用两套定子，每套定子由两个振子组合连接一起形成单一组合振子，两振子中心线夹角为30°～90°，相比单一组合振子的现有装置驱动力15牛顿提高了80％～100％。本发明结构设计合理，体积小，对接触表面的磨损具有自适应能力，采用双组合振子的结构可以产生较大的推力，同时可以实现平稳的直线运动，运动稳定，适用领域广，本发明的负载能力始终低于由静摩擦所能提供的驱动力。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图，图2是图1的右视图，图3是图1的左视图，图4是图1的俯视图，图5是本发明的主剖视结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式的一种压电驱动直线运动装置包括上支撑架1、下支撑架8、直线导轨7、导向套12、两套预紧机构17和两套定子，每套定子包括两个振子18，每个振子18包括前端盖10、后端盖2、电极片3和压电陶瓷4，前端盖10和后端盖2之间设置有电极片3和压电陶瓷4且四者连接为一体，每套定子的两个振子18的前端盖10连为一体，且两个振子18的中心线之间的夹角β为30°～90°，两个振子18的连接处为驱动足10-1，上支撑架1和下支撑架8分别设置在直线导轨7的上下两侧，两套定子分别设置在上支撑架1和下支撑架8上，上支撑架1的一端和下支撑架8的一端转动连接，上支撑架1的另一端和下支撑架8的另一端通过两套预紧机构17连接，预紧机构17用于调节两个定子对直线导轨7的预紧力，两套预紧机构17正对设置，导向套12与所述上支撑架1的一侧转动连接，直线导轨7的一端穿过导向套12，直线导轨7的另一端在两个预紧机构17之间穿过并与两个预紧机构17接触，两个驱动足10-1正对设置在位于导向套12和两个预紧机构17之间的直线导轨7上并分别夹紧直线导轨7。

本实施方式的压电陶瓷为组合压电陶瓷。

具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述每套预紧机构17包括连接杆6、第一螺母16和弹性部件14，连接杆6穿过上支撑架1和下支撑架8，位于下支撑架8下端的连接杆6上穿设有一弹性部件14，连接杆6的下端与第一螺母16螺纹连接，连接杆6的上端与上支撑架1可拆卸连接。本实施方式的弹性部件优选用刚度小的弹性部件，本实施方式通过拧紧第一螺母来调整弹性部件的压缩量，将上下两个定子的驱动足(每个定子中的两个振子)预紧到直线导轨上，并实现预紧力大小的调整，结构简单，设计合理，调节控制可靠稳定。其它与具体实施一相同。

具体实施方式三：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述两个弹性部件14均为螺旋弹簧。本实施方式优选用刚度小的螺旋弹簧，本实施方式的螺母可为六角螺母，通过拧紧第一螺母来调整螺旋弹簧的压缩量，将上下两个定子的驱动足(每个定子中的两个振子)预紧到直线导轨上，由于弹簧刚度小，通过定量调整弹簧的压缩量，可定量计算出预紧力，从而定量地施加预紧力，由于磨损量很小，磨损导致的预紧力变化量可以忽略不计，能实现预紧力大小调整效果更好。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述每套预紧机构17还包括导向柱5，所述导向柱5为阶梯式空心导向柱，导向柱5穿设在位于上支撑架1和下支撑架8之间的连接杆6上，且导向柱5的小直径端插接在上支撑架1的下端面上，直线导轨7的另一端在两个导向柱5的大直径端之间穿过，并与两个导向柱5的大直径端的侧面接触。如此设置，便于对直线导轨的辅助导向作用。其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括第一圆柱销11，上支撑架1的一端和下支撑架8的一端通过第一圆柱销11转动连接。如此设置，连接方便可靠，转动效果好。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式所述直线导轨7为方形导轨，所述导向套12为‘回’字形导向套。如此设置，满足实际需要，能有效的实现直线导轨的导向作用。其它与具体实施方式一或五相同。

具体实施方式七：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括两个第二圆柱销13，导向套12与上支撑架1分别通过两个第二圆柱销13转动连接。如此设置，满足实际需要，能有效的满足驱动足对直线导轨预紧时上支撑架和下支撑架的转动对导向套的影响，使导轨与导向套之间不存在正压力。其它与具体实施方式一或五相同。

具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述每套预紧机构17还包括第二螺母9，连接杆6的上端通过第二螺母9与上支撑架1可拆卸连接。如此设置，连接可靠，使用简便。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：结合图2-图5说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括四个螺钉15，每个振子18上的电极片3和压电陶瓷4通过四个螺钉15与前端盖10和后端盖2可拆卸连接。如此设置，连接可靠，使用简便。其它与具体实施方式一相同。

Claims (9)

1.一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述装置包括上支撑架(1)、下支撑架(8)、直线导轨(7)、导向套(12)、两套预紧机构(17)和两套定子，每套定子包括两个振子(18)，每个振子(18)包括前端盖(10)、后端盖(2)、电极片(3)和压电陶瓷(4)，前端盖(10)和后端盖(2)之间设置有电极片(3)和压电陶瓷(4)且四者连接为一体，每套定子的两个振子(18)的前端盖(10)连为一体，且两个振子(18)的中心线之间的夹角(β)为30°～90°，两个振子(18)的连接处为驱动足(10-1)，上支撑架(1)和下支撑架(8)分别设置在直线导轨(7)的上下两侧，两套定子分别设置在上支撑架(1)和下支撑架(8)上，上支撑架(1)的一端和下支撑架(8)的一端转动连接，上支撑架(1)的另一端和下支撑架(8)的另一端通过两套预紧机构(17)连接，预紧机构(17)用于调节两个定子对直线导轨(7)的预紧力，两套预紧机构(17)正对设置，导向套(12)与所述上支撑架(1)的一侧转动连接，直线导轨(7)的一端穿过导向套(12)，直线导轨(7)的另一端在两个预紧机构(17)之间穿过并与两个预紧机构(17)接触，两个驱动足(10-1)正对设置在位于导向套(12)和两个预紧机构(17)之间的直线导轨(7)上并分别夹紧直线导轨(7)。

2.根据权利要求1所述的一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述每套预紧机构(17)包括连接杆(6)、第一螺母(16)和弹性部件(14)，连接杆(6)穿过上支撑架(1)和下支撑架(8)，位于下支撑架(8)下端的连接杆(6)上穿设有一弹性部件(14)，连接杆(6)的下端与第一螺母(16)螺纹连接，连接杆(6)的上端与上支撑架(1)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述两个弹性部件(14)均为螺旋弹簧。

4.根据权利要求2或3所述一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述每套预紧机构(17)还包括导向柱(5)，所述导向柱(5)为阶梯式空心导向柱，导向柱(5)穿设在位于上支撑架(1)和下支撑架(8)之间的连接杆(6)上，且导向柱(5)的小直径端插接在上支撑架(1)的下端面上，直线导轨(7)的另一端在两个导向柱(5)的大直径端之间穿过，并与两个导向柱(5)的大直径端的侧面接触。

5.根据权利要求1所述的一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述装置还包括第一圆柱销(11)，上支撑架(1)的一端和下支撑架(8)的一端通过第一圆柱销(11)转动连接。

6.根据权利要求1或5所述的一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述直线导轨(7)为方形导轨，所述导向套(12)为‘回’字形导向套。

7.根据权利要求1或5所述的一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述装置还包括两个第二圆柱销(13)，导向套(12)与上支撑架(1)分别通过两个第二圆柱销(13)转动连接。

8.根据权利要求1所述的一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述每套预紧机构(17)还包括第二螺母(9)，连接杆(6)的上端通过第二螺母(9)与上支撑架(1)可拆卸连接。

9.根据权利要求1所述的一种压电驱动直线运动装置，其特征在于：所述装置还包括四个螺钉(15)，每个振子(18)上的电极片(3)和压电陶瓷(4)通过四个螺钉(15)与前端盖(10)和后端盖(2)可拆卸连接。

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