CN109194190A - 一种利用永磁电磁混合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器 - Google Patents

一种利用永磁电磁混合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器 Download PDF

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温建明
沈德助
林圣容
李建平
马继杰
虞付进
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    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用永磁电磁混合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器，属压电精密驱动技术领域。承载盘底部安装有两个滑块，滑块安装在导轨上，导轨固定于两侧板的顶部，两侧板与底座和前后板固接，两侧板与底座和前后板固接，承载盘与运动体通过螺钉固接，运动主体中部通过夹持块非对称夹持一对压电振子；运动主体底部固接摩擦块，摩擦块浸于磁流变液中，磁流变液容器顶部装有密封条，磁流变液容器置于底座上的支撑块；磁流变液容器的两侧布置永磁铁，永磁铁***绕有线圈，永磁铁的上下粘接磁轭。优势特色：将接触面的摩擦形式转变为固体‑液体/固体类固体，接触面摩擦磨损小，提高了稳定性；通过控制励磁电流控制摩擦，控制方式简单。

Description

一种利用永磁电磁混合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器
技术领域
本发明属于压电精密驱动技术领域，具体涉及一种利用永磁电磁混合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器。
背景技术
随着对微观领域研究的不断深入，精密定位技术显得愈发重要，其技术发展水平直接影响到微观领域技术的研究进程。目前精密驱动器主要有以下几类：压电驱动器、电致伸缩驱动器和形状记忆合金驱动器等。其中压电驱动器以其响应速度快，电磁兼容好，功耗小，体积小，噪声小，不发热，输出功率大，位移分辨率高，方便与电源、位移传感器、微机等一起来实现闭环控制等方面的特点，使其近年来得到了广泛的研究和应用。现有的压电驱动器的相对运动接触状态普遍为固体-固体接触，驱动器在运动过程中存在摩擦力较大，摩擦力分布不均匀的缺点，导致接触面摩擦磨损、温度变化大，造成压电精密驱动器的运动精度降低。因此，为进一步提高压电精密驱动器的性能，亟需解决摩擦磨损、摩擦力施加不均匀，无法实现摩擦力的连续可调的问题。
为解决上述问题，本发明提出利用永磁与电磁结合控制磁场的磁流变液压电驱动器。利用对称方波电信号作为压电振子的激励信号，压电振子在非对称夹持条件下产生不同大小的惯性冲击力，当产生的冲击力大于摩擦力时，运动体运动，当产生的冲击力小于摩擦力时，运动体停止运动。通过引入磁流变液，驱动器运行时摩擦力调节机构的主要摩擦形式为固体-液体/固体-类固体摩擦，摩擦、磨损小，驱动器可靠性高；当需要的摩擦力不大且不需要调节时采用永磁体控制，可以实现节省能耗；当需要调节摩擦力提高驱动器输出驱动力时采用电磁线圈与永磁体混合控制。通过改变输入的励磁电流大小可以实现连续可调驱动器运行中的的摩擦力，具有更大的可控范围。
发明内容
本发明提出一种利用永磁电磁混合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器，所要解决的技术问题的是：通过引入磁流变液来优化驱动器中摩擦力调节装置普遍存在的固体对固体摩擦，以解决常见的压电驱动器因固体对固体产生的摩擦磨损、摩擦力分布不均匀、摩擦力难以定量调节等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
承载盘(a)的两侧底部分别安装有滑块一(e101)、滑块二(e201)，与滑块一(e101)、滑块二(e201)配合的直线导轨一(e102)、直线导轨二(e202)分别固定于侧板一(f1)、侧板二(f2)的顶部；侧板一(f1)、侧板二(f2)与底座(j)和前板(p2)、后板(p1)固连；承载盘(a)的中心处固定有运动主体(b)，运动主体(b)两侧分别装有压电振子一(d1)、压电振子二(d2)；压电振子一(d1)由压电晶片一(d102)、基板一(d101)和质量块一(d103)组成；压电振子二(d2)由压电晶片二(d202)、基板二(d201)和质量块二(d203)组成；压电振子一(d1)、压电振子二(d2)由运动主体(b)和夹持块(c)夹持，夹持方式为非对称夹持；运动主体(b)的底部固定摩擦块(m)，并浸置于磁流变液(l)中，磁流变液(l)置于磁流变液容器(k)中，磁流变液容器(k)顶部靠近运动主体(a)处粘有密封条一(n1)和密封条二(n2)，磁流变液容器(k)底部粘连于支撑块(o)上，支撑块(o)固定于底座(j)；磁流变液容器(j)的两侧分别布置永磁铁一(i1)、永磁铁(i2)，线圈一(h1)、线圈二(h2)分别绕于永磁铁一(i1)、永磁铁二(i2)***；永磁铁一(i1)的上下端分别粘有磁轭一(g101)、磁轭二(g102)；永磁铁(i2)的上下端分别粘有或磁轭三(g201)、磁轭四(g202)，磁轭一(g101)、磁轭二(g102)、磁轭三(g201)、磁轭四(g202)的另一端与磁流变液容器(k)的表面接触。
本发明的优点是：通过引入磁流变液，驱动器运行时摩擦力调节机构的主要摩擦形式为固体-液体/固体-类固体摩擦，摩擦、磨损小，驱动器可靠性高；当需要的摩擦力不大且不需要调节时采用永磁体控制，可以实现节省能耗；当需要调节摩擦力提高驱动器输出驱动力时采用电磁线圈与永磁体混合控制。通过改变输入的励磁电流大小可以实现连续可调驱动器运行中的摩擦力，具有更大的可控范围。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图。
具体实施方式
参照图1至图3具体说明实施方式，本实施方式所述的一种利用永磁电磁混合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器，承载盘(a)的两侧底部分别安装有滑块一(e101)、滑块二(e201)，与滑块一(e101)、滑块二(e201)配合的直线导轨一(e102)、直线导轨二(e202)分别固定于侧板一(f1)、侧板二(f2)的顶部；侧板一(f1)、侧板二(f2)与底座(j)和前板(p2)、后板(p1)固连；承载盘(a)的中心处固定有运动主体(b)，运动主体(b)两侧分别装有压电振子一(d1)、压电振子二(d2)；压电振子一(d1)由压电晶片一(d102)、基板一(d101)和质量块一(d103)组成；压电振子二(d2)由压电晶片二(d202)、基板二(d201)和质量块二(d203)组成；压电振子一(d1)、压电振子二(d2)由运动主体(b)和夹持块(c)夹持，夹持方式为非对称夹持；运动主体(b)的底部固定摩擦块(m)，并浸置于磁流变液(l)中，磁流变液(l)置于磁流变液容器(k)中，磁流变液容器(k)顶部靠近运动主体(a)处粘有密封条一(n1)和密封条二(n2)，磁流变液容器(k)底部粘连于支撑块(o)上，支撑块(o)固定于底座(j)；磁流变液容器(j)的两侧分别布置永磁铁一(i1)、永磁铁(i2)，线圈一(h1)、线圈二(h2)分别绕于永磁铁一(i1)、永磁铁二(i2)***；永磁铁一(i1)的上下端分别粘有磁轭一(g101)、磁轭二(g102)；永磁铁(i2)的上下端分别粘有或磁轭三(g201)、磁轭四(g202)，磁轭一(g101)、磁轭二(g102)、磁轭三(g201)、磁轭四(g202)的另一端与磁流变液容器(k)的表面接触。
本发明中，利用对称方波电信号作为压电振子的激励信号，压电振子在非对称夹持条件下产生不同大小的惯性冲击力。当产生的冲击力大于摩擦力时，运动体运动；当产生的冲击力小于摩擦力时，运动体停止运动。驱动器的摩擦力调节装置能根据电磁线圈的励磁电流的大小，调节摩擦力大小，间接控制驱动器的输出性能，具有良好的可控性。

Claims (1)

1.一种利用永磁电磁混合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器，其包括：承载盘(a)、运动主体(b)、夹持块(c)、压电振子一(d1)、压电振子二(d2)、侧板一(f1)、侧板二(f2)、导轨一(e1)、导轨二(e2)、侧板一(f1)、侧板二(f2)、磁轭一(g101)、磁轭二(g102)、磁轭三(g201)、磁轭四(g202)、线圈一(h1)、线圈二(h2)、永磁铁一(i1)、永磁铁二(i2)、底座(j)、磁流变液容器(k)、磁流变液(1)、摩擦块(m)、密封条一(n1)、密封条二(n2)、支撑块(o)、后板(p1)、前板(p2)，其特征在于：承载盘(a)的两侧底部分别安装有滑块一(e101)、滑块二(e201)，与滑块一(e101)、滑块二(e201)配合的直线导轨一(e102)、直线导轨二(e202)分别固定于侧板一(f1)、侧板二(f2)的顶部；侧板一(f1)、侧板二(f2)与底座(j)和前板(p2)、后板(p1)固连；承载盘(a)的中心处固定有运动主体(b)，运动主体(b)两侧分别装有压电振子一(d1)、压电振子二(d2)；压电振子一(d1)由压电晶片一(d102)、基板一(d101)和质量块一(d103)组成；压电振子二(d2)由压电晶片二(d202)、基板二(d201)和质量块二(d203)组成；压电振子一(d1)、压电振子二(d2)由运动主体(b)和夹持块(c)夹持，夹持方式为非对称夹持；运动主体(b)的底部固定摩擦块(m)，并浸置于磁流变液(1)中，磁流变液(1)置于磁流变液容器(k)中，磁流变液容器(k)顶部靠近运动主体(a)处粘有密封条一(n1)和密封条二(n2)，磁流变液容器(k)底部粘连于支撑块(o)上，支撑块(o)固定于底座(j)；磁流变液容器(j)的两侧分别布置永磁铁一(i1)、永磁铁(i2)，线圈一(h1)、线圈二(h2)分别绕于永磁铁一(i1)、永磁铁二(i2)***；永磁铁一(i1)的上下端分别粘有磁轭一(g101)、磁轭二(g102)；永磁铁(i2)的上下端分别粘有或磁轭三(g201)、磁轭四(g202)，磁轭一(g101)、磁轭二(g102)、磁轭三(g201)、磁轭四(g202)的另一端与磁流变液容器(k)的表面接触。
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