片、支撐塊、拉簧以及柔性足6，所述驅動機構支撐塊緊挨著驅動機構壓電陶瓷片；所述驅動機構拉簧依次排列在驅動機構壓電陶瓷片的外表面，用于預緊驅動機構壓電陶瓷片；所述柔性足6設置在驅動機構支撐塊的外側，與內側的壓電陶瓷疊堆支撐塊固定連接。
[0025]在所述U型結構的下表面開有孔，孔內設置有小球8。
[0026]在所述外側的壓電陶瓷疊堆支撐塊與螺釘連接位置開有孔，孔內設置有小球。
[0027]所述U型結構的兩足作為驅動足，矩形框架四個角設計為橢圓柔性鉸鏈，其兩條長邊與U型結構的兩條長邊也采用橢圓柔性鉸鏈相連，通過其內部的壓電疊堆伸長，使矩形結構兩邊距離伸長，從而使另外兩邊距離縮短，進而使U型結構兩邊距離收縮。
[0028]下面以直線動子在導軌內向右運動為例，介紹該驅動器的運動原理:初始時動子處于被預壓導軌壓緊狀態(tài)一壓電疊堆10通電伸長，第二箝位機構11脫離接觸導軌一壓電疊堆7伸長推動第二箝位機構11向右移動一個微位移一壓電疊堆10斷電回縮，第二箝位機構11接觸導軌一壓電疊堆3通電伸長，第一箝位機構I脫離接觸導軌一壓電疊堆7斷電收縮，箝位機構I向右移動一個微位移一......如此循環(huán)，這樣每一個循環(huán)向右移動一步。這樣動子就可以一步一步向右沿導軌行走。從電機運行過程來看，始終有一個以上箝位機構接觸導軌，在電機不同電時，兩個箝位機構同時接觸導軌，并都有一定的壓力，所以電機具有自鎖功能。
[0029]一般疊層壓電堆直接輸出的位移非常小，是微/納米級，所以箝位機構中都采用了位移放大結構，利用箝位機構使壓電疊堆平行于導軌的位移轉化為驅動足垂直于導軌的位移，通過其特定的結構，放大了壓電疊堆的位移，從而使得電機箝位單元的驅動足部分能夠比較理想的實現(xiàn)推開導軌和脫離導軌的交替進行，一定程度上避免了電機卡死或行走不暢的現(xiàn)象。箝位機構的一個驅動足加工了一個凹槽，并放置了一個塑料小球，從而使該驅動足在運動過程中的滑動摩擦轉化為滾動摩擦，一定程度上使電機運行更加平穩(wěn)。
[0030]驅動單元沒有采用放大結構，直接用疊堆輸出位移。兩個壓電陶瓷疊堆機構一端分別在兩個箝位單元的矩形結構內通過螺釘頂住，另一端分別與驅動單元通過螺柱連接。
[0031]在相應的疊層壓電堆上施加有一定時序關系的矩形信號，如圖2，壓電疊堆3、7、10分別對應圖2中的信號1、信號2、信號3，圖中給出了兩個周期的信號，t0到T是信號的一個周期，圖3所示是圖2中標定的時刻對應的電機狀態(tài)。信號經(jīng)過放大后可激勵疊層壓電堆的伸縮，從而使得箝位機構和驅動單元以一定的時序差運動，從而形成動子沿導軌方向的伸縮行走。
[0032]可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種箝位式壓電電機，包括依次連接的第一箝位機構(I)、驅動機構、第二箝位機構(11)，兩個箝位機構由預壓機構壓緊固定于導軌上，其特征在于:所述箝位機構(1，11)采用了位移放大結構，其內部設有壓電陶瓷疊堆(1，10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種箝位式壓電電機，其特征在于:每個箝位機構(1，11)在外部設有U型結構內部設有矩形框架，壓電陶瓷疊堆(3，10)設置在矩形框架內，每組壓電陶瓷疊堆(3，10)包括壓電陶瓷片、支撐塊以及拉簧，所述壓電陶瓷疊堆支撐塊緊挨著壓電陶瓷疊堆壓電陶瓷片，外側的壓電陶瓷疊堆支撐塊分別通過螺釘固定在矩形框架的內表面，內側的壓電陶瓷疊堆支撐塊連接在驅動單元上；所述壓電陶瓷疊堆拉簧依次排列在壓電陶瓷疊堆壓電陶瓷片的外表面，用于預緊壓電陶瓷疊堆壓電陶瓷片。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種箝位式壓電電機，其特征在于:所述驅動機構包括壓電陶瓷片、支撐塊、拉簧以及柔性足，所述驅動機構支撐塊緊挨著驅動機構壓電陶瓷片；所述驅動機構拉簧依次排列在驅動機構壓電陶瓷片的外表面，用于預緊驅動機構壓電陶瓷片；所述柔性足設置在驅動機構支撐塊的外側，與內側的壓電陶瓷疊堆支撐塊固定連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種箝位式壓電電機，其特征在于:在所述U型結構的下表面開有孔，孔內設置有小球。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種箝位式壓電電機，其特征在于:在所述外側的壓電陶瓷疊堆支撐塊與螺釘連接位置開有孔，孔內設置有小球。
6.根據(jù)權利要求3至5所述的任意一種箝位式壓電電機，其特征在于:所述U型結構的兩足作為驅動足，矩形框架四個角設計為橢圓柔性鉸鏈，其兩條長邊與U型結構的兩條長邊也采用橢圓柔性鉸鏈相連，通過其內部的壓電疊堆伸長，使矩形結構兩邊距離伸長，從而使另外兩邊距離縮短，進而使U型結構兩邊距離收縮。
【專利摘要】本實用新型公開了一種箝位式壓電電機，所述電機由左到右依次為第一箝位單元，驅動單元和第二箝位單元，其中兩個箝位單元由導軌和預壓機構壓緊固定于導軌上，兩個箝位單元輸出垂直于固定導軌方向的位移，驅動單元的輸出平行于固定導軌方向的位移。本實用新型采用壓電疊堆驅動，通過壓電疊堆的收縮與伸長，實現(xiàn)第一箝位單元和第二箝位的單元驅動足與導軌的關系；通過動單元來實現(xiàn)整體機構在導軌方向上的移動。本實用新型在功能上除具有一般壓電步進電機的特點外，還具有自鎖功能，其導軌一端可以調節(jié)，降低了對電機的加工精度和裝配精度的要求，且電機整個機構相當于一個整體，增加了運行的平穩(wěn)性。
【IPC分類】H02N2-04, H02N2-02
【公開號】CN204316374
【申請?zhí)枴緾N201420641196
【發(fā)明人】王寅, 韓路, 黃衛(wèi)清
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年10月31日