一种基于压电纤维的直线驱动器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于压电纤维的直线驱动器，属于微纳精密驱动领域。由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、动子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和动子(4)安装在基座(1)上，定子(3)安装在预紧力加载平台(2)上并与动子(4)弹性接触；所述的定子(3)包括柔顺机构(3‑1)、压电纤维(3‑2)；通过给压电纤维(3‑2)施加锯齿波驱动电信号，压电纤维(3‑2)缓慢缩短，快速伸长，使定子(3)产生摩擦驱动力，通过半圆柱驱动头(3‑1‑4)传递到动子(4)上，基于粘滑运动原理，驱动动子(4)运动。本发明专利技术优点是：结构简单、精度高、行程大，可用于微纳加工、精密光学、航空航天等领域。

A linear actuator based on piezoelectric fibers

The invention relates to a linear drive based on a piezoelectric fiber, which belongs to the field of micro nano precision driving. From the base (1), the preload platform (2), (3) the stator and mover (4), wherein the preload platform (2) and a rotor (4) mounted on the base (1), a stator (3) installed in the preload platform (2) with the dynamic and elastic contact (4); the stator (3) comprises a compliant mechanism (3 1), piezoelectric fiber (3 2); through to the piezoelectric fiber (3 2) applied sawtooth wave drive signal, piezoelectric fiber (3 2) slowly shortened. Rapid elongation of the stator (3) produces friction driving force, through the semi cylindrical drive head (3 1 4) transmitted to the rotor (4), based on the principle of stick slip motion, drive rotor movement (4). The invention has the advantages of simple structure, high accuracy and large travel range, and can be used in the fields of micro nano processing, precise optics, aeronautics and Astronautics, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电纤维的直线驱动器
本专利技术涉及一种基于压电纤维的直线驱动器,属于微纳精密驱动

技术介绍
伴随着精密超精密加工、电子学、生物技术、精密测量等领域的快速发展，对微纳米精密驱动技术的要求越来越高，各研究机构也在积极对大行程、高精度的压电驱动器进行研究。大行程与高精度相互矛盾，如何较好地解决这个矛盾,实现大行程、高精度的压电驱动器已成为一个亟待解决的问题。压电纤维是一种新型的压电材料，具有柔性大、质量小，适合贴附于表面，较高的机电耦合系数，抗破坏能力强等优点，可用于实现大行程、高精度的压电驱动器的设计。
技术实现思路
为实现大行程、高精度的结合，本专利技术公开一种基于压电纤维的直线驱动器。本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于压电纤维的直线驱动器，由基座、预紧力加载平台、定子、动子组成,其中预紧力加载平台和动子安装在基座上，定子固定安装在预紧力加载平台上，定子与动子预紧接触。定子包括柔顺机构、压电纤维。通过给压电纤维施加锯齿波电信号，在缓慢变形阶段，压电纤维缓慢缩短，倒C形薄片柔顺机构伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头产生-y向位移，通过柔顺机构连接梁II增大了半圆柱驱动头对动子的正压力，从而增加了摩擦力，同时产生-x向位移，产生-x向驱动力，驱动动子运动；在快速变形阶段，压电纤维快速伸长，倒C形薄片柔顺机构快速回缩，曲率变大，降低了摩擦阻力，抑制动子回退。柔顺机构包括倒C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁I、C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁II、半圆柱驱动头、刚性基座。倒C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁I、C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁II逆时针围成环，倒C形薄片柔顺机构的凹侧中部连接刚性基座，凸侧用于粘贴压电纤维。半圆柱驱动头设置于柔顺机构连接梁II中部，与动子接触，用于驱动动子运动。本专利技术的有益效果是：结构简单，精度高，行程大。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1所示为本专利技术的结构示意图；图2所示为本专利技术的定子结构示意图；图3所示为本专利技术的柔顺机构结构示意图；图4所示为本专利技术的驱动原理示意图；图5所示为本专利技术的锯齿波驱动电信号波形示意图。其中：1、基座；2、预紧力加载平台；3、定子；3-1、柔顺机构；3-1-1、倒C形薄片柔顺机构；3-1-2、柔顺机构连接梁I；3-1-3、C形薄片柔顺机构；3-1-4、柔顺机构连接梁II；3-1-5、半圆柱驱动头；3-1-6、刚性基座；3-2、压电纤维；4、转子。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1至图5所示，本实施方式提供一种基于压电纤维的直线驱动器的具体实施方案。所述的一种基于压电纤维的直线驱动器，由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、动子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和动子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定安装在预紧力加载平台(2)上，定子(3)与动子(4)预紧接触。所述的定子(3)包括柔顺机构(3-1)、压电纤维(3-2)。所述的柔顺机构(3-1)包括倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)、柔顺机构连接梁I(3-1-2)、C形薄片柔顺机构(3-1-3)、柔顺机构连接梁II(3-1-4)、半圆柱驱动头(3-1-5)、刚性基座(3-1-6)。所述的倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)、柔顺机构连接梁I(3-1-2)、C形薄片柔顺机构(3-1-3)、柔顺机构连接梁II(3-1-4)逆时针围成环，所述的倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)的凹侧中部连接刚性基座(3-1-6)，凸侧用于粘贴压电纤维(3-2)。所述的半圆柱驱动头(3-1-5)设置于柔顺机构连接梁II(3-1-4)中部，与动子(4)弹性接触，用于驱动动子(4)运动。通过给压电纤维(3-2)施加锯齿波电信号，在0-t1缓慢变形阶段，压电纤维(3-2)缓慢缩短，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头(3-1-5)产生-y向位移，通过柔顺机构连接梁II(3-1-4)增大了半圆柱驱动头(3-1-5)对动子(4)的正压力，从而增加了摩擦力，同时产生-x向位移，产生-x向驱动力，驱动动子(4)运动；在t1-t2快速变形阶段，压电纤维(3-2)快速伸长，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)快速回缩，曲率变大，降低了摩擦阻力，抑制动子(4)回退。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压电纤维的直线驱动器，其特征在于：由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、动子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和动子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定安装在预紧力加载平台(2)上，定子(3)与动子(4)弹性线接触；所述的定子(3)包括柔顺机构(3‑1)、压电纤维(3‑2)；通过给压电纤维(3‑2)施加锯齿波电信号，缓慢变形阶段，压电纤维(3‑2)缓慢缩短，倒C形薄片柔顺机构(3‑1‑1)伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头(3‑1‑5)产生‑y向位移，通过柔顺机构连接梁II(3‑1‑4)增大了半圆柱驱动头(3‑1‑5)对动子(4)的正压力，从而增加了摩擦力，同时产生‑x向位移，产生‑x向驱动力，驱动动子(4)运动；快速变形阶段，压电纤维(3‑2)快速伸长，倒C形薄片柔顺机构(3‑1‑1)快速回缩，曲率变大，降低了摩擦阻力，抑制动子(4)回退。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电纤维的直线驱动器，其特征在于：由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、动子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和动子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定安装在预紧力加载平台(2)上，定子(3)与动子(4)弹性线接触；所述的定子(3)包括柔顺机构(3-1)、压电纤维(3-2)；通过给压电纤维(3-2)施加锯齿波电信号，缓慢变形阶段，压电纤维(3-2)缓慢缩短，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头(3-1-5)产生-y向位移，通过柔顺机构连接梁II(3-1-4)增大了半圆柱驱动头(3-1-5)对动子(4)的正压力，从而增加了摩擦力，同时产生-x向位移，产生-x向驱动力，驱动动子(4)运动；快速变形阶段，压电纤维(3-2)快速伸长，倒C形薄片柔顺机构(3-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：董景石，徐智，关志鹏，刘瑞刚，陈全渠，陈文华，关键，周永臣，范尊强，赵宏伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22