发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声振动减摩现象箝位式压电步进电机及电激励方法，实现在保持实现纳米级分辨率的同时还可以进行双向无限行程的运动。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于超声振动减摩现象箝位式压电步进电机，包括第一换能器、第二换能器、第一导轨夹具、第二导轨夹具、第一换能器夹具、第二换能器夹具、直线运动动子、叠层压电陶瓷、连接杆和基座；第一换能器由第一换能器夹具固定在基座上，第二换能器由第二换能器夹具固定并且第二换能器夹具与基座之间滑动连接；第一导轨夹具及第二导轨夹具与第一换能器及第二换能器固定连接；所述叠层压电陶瓷的一端与基座连接，所述叠层压电陶瓷的另一端通过所述连接杆与第二换能器夹具连接。

在一较佳的实施例中：所述第一导轨夹具及第二导轨夹具分别具有第一夹持腔及第二夹持腔，所述直线运动动子的两端分别插入所述第一夹持腔及第二夹持腔弹性夹持，并在所述第一夹持腔及第二夹持腔内做直线运动。

在一较佳的实施例中：所述第一换能器夹具及第二换能器夹具分别具有第三夹持腔及第四夹持腔，所述第三夹持腔及第四夹持腔分别用于夹持所述第一换能器及第二换能器的振动节面。

在一较佳的实施例中：所述第一导轨夹具远离所述直线运动动子的一端通过螺柱与所述第一换能器固定连接；所述第二导轨夹具远离所述直线运动动子的一端通过螺柱与所述第二换能器固定连接。

在一较佳的实施例中：第二换能器夹具的底部设置有滑轮，所述滑轮抵接所述基座。

一种基于超声振动减摩现象箝位式压电步进电机的电激励方法，采用了上述的基于超声振动减摩现象箝位式压电步进电机，包括以下步骤：

对第一换能器施加超声频交变电压，由于超声振动减摩现象，第一导轨夹具与直线运动动子之间的摩擦力比第二导轨夹具与直线运动动子之间的摩擦力小，这时对叠层压电陶瓷通电，使叠层压电陶瓷伸长，推动第二换能器，第二导轨夹具带动直线运动动子向左运动，当叠层压电陶瓷伸长到了左极限位置时，停止对第一换能器施加的超声频交变电压，同时对第二换能器施加超声频交变电压，此时由于超声振动减摩现象使得第二导轨夹具与直线运动动子之间的摩擦力比第一导轨夹具与直线运动动子之间的摩擦力小，此时去掉叠层压电陶瓷的电压，叠层压电陶瓷收缩，带动第二换能器与第二导轨夹具回到原始位置，此时直线运动动子不动；如此重复下去，直线运动动子一直向左移动。

在一较佳的实施例中：包括以下步骤：

对第二换能器施加超声频交变电压，由于超声振动减摩现象，第二导轨夹具与直线运动动子之间的摩擦力比第一导轨夹具与直线运动动子之间的摩擦力小，这时对叠层压电陶瓷通电，使叠层压电陶瓷伸长，推动第二换能器，当叠层压电陶瓷伸长到了左极限位置时，停止对第二换能器施加的超声频交变电压，同时对第一换能器施加超声频交变电压，此时由于超声振动减摩现象使得第一导轨夹具与直线运动动子之间的摩擦力比第一导轨夹具与直线运动动子之间的摩擦力小，这时去掉叠层压电陶瓷的电压，叠层压电陶瓷收缩，带动第二换能器与第二导轨夹具，第二导轨夹具带动直线运动动子向右移动；如此重复下去，直线运动动子一直向右移动。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

(1)本发明不再受限于“钳位—驱动—钳位”这一驱动原理，利用了超声振动减摩这一现象，将“钳位—驱动—钳位”这一驱动原理改变为“减摩—驱动—减摩”。利用两导轨夹具各自与直线运动动子之间的摩擦力差来驱使直线运动动子移动。

(2)本发明的导轨夹具与直线运动动子为点接触，能确保电机在运行过程中不会因直线运动动子的加工精度不高而卡住。

(3)本发明避免了现有的箝位式压电电机在使用一段时间后因受到磨损导致电机无法有效完成“钳位”这一动作，导致电机性能下降这一情况。

(4)本发明的结构简单，减小了电机的加工难度同时提高了电机的装配效率，易于实现批量化的生产。

(5)本发明压电电机的导轨夹具始终与直线运动动子接触，这使得电机具有断电自锁的能力；而这会加剧导轨夹具和直线运动动子的磨损，因此本发明在导轨夹具和直线运动动子接触部位采用高硬度高耐磨性的陶瓷材料，这将大大提高了电机的使用寿命。