一种圆柱形大行程高分辨率惯性直线电机

本发明涉及一种惯性直线电机，具体涉及一种圆柱形大行程高分辨率惯性直线电机。

背景技术：

直线电机是指一种能将电能直接转换成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。现有的直线电机，多以电磁方式驱动，但是以电磁驱动的直线电机容易出现电磁干扰，不利于在对电磁干扰要求较高的场合使用；此外，现有的直线电机中，一部分电机具有大行程，但其分辨率较低，一部分电机具有较高的分辨率，但其行程受到了很大的限制，虽然还有一部分电机做到了大行程和高分辨率，但是其控制系统的设计十分复杂，设计成本较高，不利于批量化，而且，现有的大行程和高分辨率的电机普遍存在推力较小的问题。

因此，急需对一种压电驱动的大推力大行程高分辨率惯性式直线电机。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种圆柱形大行程高分辨率惯性直线电机，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种圆柱形大行程高分辨率惯性直线电机，包括质量块、轴、压电陶瓷、垫板和钳位机构，所述压电陶瓷的一端与所述质量块连接，所述压电陶瓷的另一端与所述垫板连接，所述垫板与所述钳位机构相连接，所述质量块、所述压电陶瓷、所述垫板和所述钳位机构均套设在所述轴上，所述钳位机构与所述轴过盈配合。

进一步地，所述钳位机构包括环体和若干个呈周向分布的弹性爪，所述弹性爪的前端连接在所述环体上，所述弹性爪的后端夹压在所述轴上，相邻两个弹性爪之间形成豁口。

更进一步地，所述环体和若干个弹性爪的内侧之间围成内腔，所述内腔的后端设置有内锥面。

更进一步地，所述垫板的后端设置有锥面，所述锥面抵接在所述内锥面上。

更进一步地，所述弹性爪设置有三个，三个弹性爪环绕所述环体的轴线均匀分布。

更进一步地，所述轴呈圆柱形，所述弹性爪的后端的内侧的弧面抵压在所述轴的外周上。

进一步地，所述质量块的中部设置有第一中心孔，所述质量块通过所述第一中心孔套设在所述轴的外侧，所述垫板的中部设置有第二中心孔，所述垫板通过所述第二中心孔套设在所述轴的外侧。

进一步地，所述质量块的后端上依次连接有第一凸轴部和第二凸轴部，所述压电陶瓷套设在所述第二凸轴部上，且所述压电陶瓷的前端面抵靠在所述第一凸轴部上，所述垫板的主体的前端上设置有第三凸轴部，所述压电陶瓷套设在所述第三凸轴部上，且所述压电陶瓷的后端面抵靠在所述垫板的主体上。

进一步地，所述压电陶瓷与所述质量块通过粘结方式连接，所述压电陶瓷与所述垫板通过粘结方式连接，所述垫板与所述钳位机构通过粘结方式连接。

进一步地，所述质量块的外周呈圆柱形，所述钳位机构的外周呈圆柱形。

从上述的技术方案可以看出，本发明的优点是：

1.本直线电机以压电叠堆作为驱动源，在工作时不会产生电磁干扰，同时也不受电磁干扰的影响，能够满足洁净工作环境的要求，适应性更强；

2.电机通过惯性粘滑原理，给压电陶瓷通上一个锯齿波形电压，从而使得压电陶瓷能在短时间内产生一个加速度，该加速度可以使电机的质量块产生瞬间推力，进而带动整个运动部件向前移一定距离，反复进行此操作，通过运动的步数累积就能实现大行程，同时也具有极高的分辨率；

3.电机的钳位机构通过采用圆柱形结构设计，与轴拥有更大的接触面积，在保证精度的同时，可以输出较大的保持力，进而实现较大推力。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图3为图2中的a-a处的剖视结构示意图。

图4为本发明的钳位机构的立体结构示意图。

图5为本发明的质量块的立体结构示意图。

图6为本发明的垫板的立体结构示意图。

图7为锯齿波信号示意图。

图8为本发明的实施例二的局部结构示意图。

附图标记列表：质量块1、第一中心孔11、第一凸轴部12、第二凸轴部13、轴2、压电陶瓷3、垫板4、第二中心孔41、第三凸轴部42、锥面43、钳位机构5、环体51、弹性爪52、弧面521、外凹槽522、内凹槽523、锥弧面524、插接槽525、豁口53、内锥面54、内腔55、摩擦板6、插接块61、凹弧面62。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一

参考图1至图7，如图1、图2、图3所示的一种圆柱形大行程高分辨率惯性直线电机，包括质量块1、轴2、压电陶瓷3、垫板4和钳位机构5，质量块1的中部设置有第一中心孔11，质量块1通过第一中心孔11套设在轴2的外侧，垫板4的中部设置有第二中心孔41，垫板4通过第二中心孔41套设在轴2的外侧，压电陶瓷3套设在轴2的外侧，且压电陶瓷3的前端与质量块1固定连接，压电陶瓷3的后端与垫板4固定连接，钳位机构5套设在轴2上，且钳位机构5与轴2过盈配合，具体的，钳位机构5包括环体51和三个环绕环体51的轴线均匀分布的弹性爪52，弹性爪52的前端连接在环体51上，弹性爪52的后端夹压在轴2上，垫板4设置在环体51和三个弹性爪52的内侧之间围成的内腔55内，且垫板4的后端的锥面43抵接在内腔55的后端的内锥面54上。

如图3、图4所示，轴2呈圆柱形，弹性爪52的后端的内侧的弧面521抵压在轴2的外周上。

如图3、图4所示，钳位机构5的三个弹性爪52起到三爪定心的作用，在钳位机构5运动时，能有效保持运动部分的平衡。此外，弹性爪52的数量还可设置为四个、五个、六个等。

如图4所示，相邻两个弹性爪52之间形成豁口53，且三个豁口53尺寸相同，豁口53的设置方便压电陶瓷3电机线的引出。

本实施例中，压电陶瓷3采用压电叠堆。

如图3所示，钳位机构5内部设置的内锥面54，一方面可以在装配时，把辅助工装的水平运动转化为钳位机构5弹性部分的径向运动，同时具有位移放大作用，方便钳位机构5的装配，另一方面，该结构也能有效保证钳位机构5的强度，保证钳位机构5对轴2的抱紧力。

如图4所示，钳位机构5的弹性爪52的后端的外侧设置有锥弧面524，弹性爪52与环体51的连接处的外侧设置有外凹槽522，弹性爪52与环体51的连接处的内侧设置有内凹槽523。

如图3、图5所示，质量块1的后端上依次连接有第一凸轴部12和第二凸轴部13，第一凸轴部12向内腔55内延伸，压电陶瓷3套设在第二凸轴部13上，且压电陶瓷3的前端面抵靠在第一凸轴部12上，质量块1与压电陶瓷3之间设置的定位结构，大大降低了对安装精度的要求和安装的难度。

如图3、图4、图6所示，垫板4的主体的前端上设置有第三凸轴部42，压电陶瓷3套设在第三凸轴部42上，且压电陶瓷3的后端面抵靠在垫板4的主体上，垫板4与压电陶瓷3之间设置的定位结构，大大降低了垫板4与压电陶瓷3之间的安装精度和装配难度，垫板4的锥面43与钳位机构5的内锥面54相配合，具有更好的装配对中作用，能有效降低垫板4和钳位机构5之间的安装精度和装配难度。

本实施例中，压电陶瓷3与质量块1通过粘结方式连接，压电陶瓷3与垫板4通过粘结方式连接，垫板4与钳位机构5通过粘结方式连接，减少了零部件的数量，同时缩短了整体尺寸。

如图1所示，质量块1的外周呈圆柱形，钳位机构5的外周呈圆柱形，整体结构设计成圆柱形，能有效降低电机的整体体积，增加结构的紧凑性。

在装配时，钳位机构5通过工装装在轴2上，质量块1、压电陶瓷3和垫板4先用胶水粘接在一起，然后将垫板4的锥面43用胶水粘接在钳位机构5内部的内锥面54上。

工作原理，由于钳位机构5与轴2为过盈配合，使得钳位机构5始终与轴2处于抱紧状态，在给压电陶瓷3通以图7所示的锯齿形电压时，第一步：当给压电陶瓷3通以图7的a段电压时，压电陶瓷3缓慢伸长并带动质量块1缓慢运动，此时质量块1运动加速度产生的惯性力不足以克服钳位机构5对轴2的抱紧力，钳位机构5不产生位移；第二步：当给压电陶瓷3通以图7的b段电压时，压电陶瓷3由伸长状态迅速缩短并带动质量块1迅速往回运动，此时质量块1运动加速度产生的惯性力克服钳位机构5对轴2的抱紧力，使钳位机构5产生位移；之后不断重复上述两步就能实现钳位机构5持续的向前运动，反之则可以实现钳位机构5持续的向后运动。

实施例二

如图8所示，与实施例一的不同点在于，钳位机构5的弹性爪52的后端的内侧上连接设置有一摩擦板6，摩擦板6的内侧的凹弧面62抵压在轴2的外周上，摩擦板6的外侧的插接块61插接在弹性爪52的后端的内侧的插接槽525内，这样在使用一段时间后摩擦板6出现磨损时，只需对摩擦板6进行更换，而无需更换整个钳位机构5，节约了成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。