专利名称：高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电步进器，特别涉及一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，属于压电定位器技术领域。
背景技术：
压电步进器是一种能够把每一步产生的微观小压电位移累加成一个宏观大位移的压电定位器，可同时拥有纳米级定位精度、厘米级大行程，从而成为现今精密测量、纳米器件加工、原子/分子操纵、乃至亚原子结构成像的有力定位工具。其现今的发展趋势是高刚性、大推力、和小型化。我们以前提出了一种“双压电体并排推动的三摩擦力步进器”(发明专利授权号ZL200910116492.X)是朝着这方面推进的一个典型代表。其技术特征为包括两个压电体、基座、滑杆，其特征是所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，在垂直于两压电体伸缩方向上设置将滑杆与两压电体自由端相压的正压力以及将滑杆与基座相压的正压力，在这三个正压力对滑杆产生的最大静摩擦力中，任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和(摩擦力关系)。一种比较容易想到的具体实施例是上述的三个正压力均来自滑杆的弹性，例如把空心的滑杆沿轴向从两头向另一头平行地割去，但不完全割通，形成扁“Z”字形，见附图1，从而在垂直于轴的方向形成弹性，而所述两压电体皆呈沿中轴线剖开的半管形状，它们围合起来固定站立于环形基座上，构成管形双压电体结构。将上述弹性滑杆插入管形双压电体结构，可对管形双压电体结构的两端产生能满足摩擦力关系的三个正压力。但，这种方法的缺点是随着滑杆在管形双压电体结构中的步进，上述三个正压力的大小会发生变化，导致摩擦力关系得不到满足，从而马达不再行走，这就限制了行程，见《科学仪器评论》(Review of Scientific Instruments, 2009 年第 80 期，第 085104 页)。一种能想到的解决方法是在上述管形双压电体结构的两端和滑杆(没有割过的刚性滑杆)之间以及基座和滑杆之间插入弹簧片，见附图2，这样，只要开始时摩擦力关系是满足的，则无论滑杆走到何处，摩擦力关系还是满足的，即行程仅受滑杆长度的限制。但，这种方法的缺点是开始时，摩擦力的关系很难满足，因为这要调节多个插入的弹簧片，才能满足步进的摩擦力关系。特别是最佳摩擦力关系(即能产生最大推力的摩擦力关系，应该是三个正压力产生的最大静摩擦力都相等)很难找到(几乎不可能)，需要很多次调节多个弹簧片的弹性，并靠运气才能找到最佳摩擦力关系。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为了解决现有双压电体并排推动的三摩擦力步进器行程受限或摩擦力关系，特别是最佳摩擦力关系难以满足的问题，提供一种能确定满足摩擦力关系，特别是可以满足确定最佳摩擦力关系的高刚性、小型化双压电体并排推动的三摩擦力步进器。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提出一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体、基座、滑杆，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述弹簧片设置于基座和滑杆之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。根据本发明的一种具体实施方式
，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧 片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2。本发明还提出一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体、基座、滑杆，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，其特征在于，还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述弹簧片设置于滑杆和双压电体结构之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。根据本发明的一种具体实施方式
，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2。还本发明一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体、基座、滑杆，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，其特征在于，还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，所述两压电体皆呈沿管形体中轴线剖开的半管形状，它们围合起来固定站立于环形基座上，构成管形双压电体结构，所述两个垫片都为半环形，它们围成一个环形，构成垫片环，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述滑杆置于所述管形双压电体结构之内并且穿过分别位于其两端的环形基座和垫片环，所述弹簧片设置于滑杆和管形双压电体结构的内壁之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。根据本发明的一种具体实施方式
，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2。本发明还提出一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体、基座、滑杆，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，其特征在于，还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，所述两压电体皆呈沿管形体中轴线剖开的半管形状，它们围合起来固定站立于环形基座上，构成管形双压电体结构，所述两个垫片都为半环形，它们围成一个环形，构成垫片环，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述滑杆为管形，套于所述管形双压电体结构之外，所述弹簧片设置于滑杆内壁和管形双压电体结构的外壁之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。 根据本发明的一种具体实施方式
，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2。(三)有益效果本发明的有益效果是(I)解决了侧弹簧片的插入会阻碍两压电体的自由伸缩，从而导致压电马达不走的问题；(2)解决了侧弹簧片对步进的摩擦阻力会导致压电马达不走的问题。实验结果显示，这些负面影响可以忽略。(3)解决了摩擦力关系，特别是最佳摩擦力关系不易满足的问题。本发明的另两个重要的有益效果是(4)只在侧面插入了一小片薄弹簧片(几乎不增加任何空间)，几乎实现了双压电体并排推动的三摩擦力步进器所能实现出来的最小结构了，满足小型化要求；(5)刚性强滑杆被压在高刚性的双压电体结构两端，是十分牢固的结构，特别是，如果双压电体结构为管形，而滑杆为方杆，则滑杆与管形双压电体结构的两端自动产生四点刚性相压，这是两件东西压在一起能产生的最多接触点的情形(通常只能产生三点接触，因为三点决定一个平面，第四点往往是悬浮的)，所以，刚性最强。
图I是现有的双压电体并排推动的三摩擦力步进器的一种弹力来自滑杆的实施例，缺点是滑杆被切割，刚性差，行程小。图2是现有的双压电体并排推动的三摩擦力步进器的一种弹力来自外加弹簧片的实施例，缺点是弹簧片太多，刚性差，且摩擦力关系，特别是最佳摩擦力关系难以满足。图3是本发明弹簧片置于滑杆和基座之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器的结构示意图。
图4是本发明弹簧片置于滑杆和双压电体结构之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器的结构示意图。图5是本发明弹簧片置于内置滑杆和管形双压电体结构之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器的结构示意图。图中标号1基座、2a两压电体之一、2b两压电体之二、2c两压电体之间的缝隙、3a滑杆、3b滑杆割缝产生弹力、4a两压电体之一的自由端垫片、4b两压电体之二的自由端垫片、5a弹簧片、5b点接触或线接触、5c侧弹簧片的弹力方向与位置。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种技术方案，通过从侧面植入仅仅一弹簧片，只要其侧向弹力的作用点处于管形双压电体结构(或者其它形式的双压电体结构)的两端(分别为基座端和压电体自由端)之间且距离基座远于距离另一端(自由端)的地方，即可保证摩擦力关系自动满足，特别是当侧向弹力的作用点处于管形双压电体结构(或者其它形式的双压电体结构)的两端之间且距离基座端为双压电体结构长度(即自由端到基座端的距离)的2/3的地方，即可保证自动满足最佳摩擦力关系。当然，这种侧向加弹力的方法是需要实验检验的，因为(I)弹簧片会在滑杆上产生正压力，由此产生的摩擦力是阻止马达步进的阻力，而且这正压力很巨大等于基环正压力与两个垫片正压力三者之和，也即弹簧片在滑杆上产生的摩擦阻力可能远远大于驱动力(在最佳摩擦力关系条件下，驱动力仅等于基环摩擦力和两个垫片摩擦力三者之一，也即如果摩擦系数一样的话，驱动力只有弹簧片阻力的三分之一)，这时，马达根本就不会走；(2)弹簧片因为是压住压电体的，而且压力很巨大等于基环正压力与两个垫片正压力三者之和，所以会阻碍压电体伸缩，可能导致其不走。本发明的创造性不仅在于解决了上述摩擦力关系和最佳摩擦力关系的自动满足问题，更在于从实验上验证了 (I)虽然摩擦力公式为摩擦力=正压力X摩擦系数，表明摩擦力大小与接触面积无关，即减少接触面积不会减少摩擦力，但，我们的实验证实如果侧弹簧片对滑杆的接触面积足够小(点接触或线接触)，则它们之间的摩擦阻力可以小到忽略不计；(2)侧弹簧片的插入不会出现我们预期的、可能会阻碍两压电体自由伸缩并导致压电马达不走的严重问题，我们认为是因为侧弹簧在滑杆上的作用点很小，与之的摩擦阻力就小，不会对两压电体的伸缩形成阻碍。本发明另两个重要的有益效果是(I)只在侧面插入了一小片薄弹簧片(几乎不增加任何空间)，几乎实现了双压电体并排推动的三摩擦力步进器所能实现出来的最小结构了，满足小型化要求；(2)刚性强滑杆被压在高刚性的双压电体结构两端，是十分牢固的结构，特别是，如果双压电体结构为管形，而滑杆以一对平行的棱与其两端相压，则滑杆与管形双压电体结构的两端自动产生四点刚性相压，这是两件东西压在一起能产生的最多接触点的情形(通常只能产生三点接触，因为三点决定一个平面，第四点往往是悬浮的)，所以刚性最强。本发明的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器的工作原理为
见附图3，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，其特征是还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述弹簧片设置于基座和滑杆之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。这就使得所述侧向弹力转换成的总基座正压力小于两垫片正压力之和，并且任何一个垫片正压力与基座正压力之和小于另一个垫片正压力(这由下面条件来保证在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近)，从而在基座与滑杆的摩擦系数等于垫片与滑杆的摩擦系数时，上述三个正压力对滑杆产生的最大静摩
擦力中，任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和，满足了本发明的目的。特别是，若在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2时，上述三个正压力对滑杆产生的最大静摩擦力相等，这不仅满足了本发明的目的即，满足任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和的摩擦力关系，更满足了最佳摩擦力关系能产生最大推力的摩擦力关系。该马达的行程是不受限的，因为不管滑杆走到何处，各摩擦力不会变化，摩擦力关系依然满足，也从而满足了本发明的目的。本发明的创造性不仅在于解决了上述摩擦力关系和最佳摩擦力关系的满足问题，我们还从实验上验证了 虽然弹簧片要在滑杆上产生巨大的正压力等于基环正压力与两个垫片正压力三者之和，也即弹簧片在滑杆上产生的摩擦阻力可能远远大于驱动力(在最佳摩擦力关系条件下，驱动力仅等于基环摩擦力和两个垫片摩擦力三者之一，也即如果摩擦系数一样的话，驱动力只有弹簧片阻力的三分之一)，从而使得马达不走，但，我们的实验证实如果侧弹簧片对滑杆的接触面积足够小，为点接触或线接触，则它们之间的摩擦阻力可以小到忽略不计。这不是显而易见的，因为摩擦力公式为摩擦力=正压力X摩擦系数，表明摩擦力大小与接触面积无关，即减少接触面积不会减少摩擦力。这里只要求弹簧片对滑杆的接触点接触或线接触，不要求弹簧片对基座也为点接触或线接触，因为这可以使得弹簧片随基座一起在滑杆上步进，从而行程仅受限于滑杆的长度。上述弹簧片也可设置于滑杆和双压电体结构之间，见附图4，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。不同于上述弹簧片设置于基座和滑杆之间的情况，此处的弹簧片设置于滑杆和双压电体结构之间，所以，弹簧片巨大的弹力(正压力)(1)不仅作用于滑杆，产生摩擦阻力，
(2)而且也作用于双压电体结构，阻碍压电体的伸缩。但由于弹簧片与静体(此处为滑杆)的接触面积足够小，为点接触或线接触，则它们之间的摩擦阻力可以小到忽略不计。这同时解决了上述的两个问题(1)摩擦阻力小到忽略不计，(2)也不会阻碍压电体的伸缩，因为阻碍压电体的伸缩的也是摩擦阻力，是小到忽略不计的。这里只要求弹簧片对滑杆的接触点接触或线接触，不要求弹簧片对双压电体结构也为点接触或线接触，因为这可以使得弹簧片随双压电体结构一起在滑杆上步进，从而行程仅受限于滑杆的长度。上述双压电体结构可以为管形双压电体结构，见附图5，即所述两压电体皆呈沿管形体中轴线剖开的半管形状，它们围合起来固定站立于环形基座上，构成管形双压电体结构；所述两个垫片都为半环形，它们围成一个环形，构成垫片环，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述滑杆置于所述管形双压电体结构之内并且穿过分别位于其两端的环形基座和垫片环，所述弹簧片设置于滑杆和管形双压电体结构的内壁之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述管形双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。同理可知，所述侧向弹力转换成的总基座正压力小于两垫片正压力之和，并且任何一个垫片正压力与基座正压力之和小于另一个垫片正压力，从而在基座与滑杆的摩擦 系数等于垫片与滑杆的摩擦系数时，上述三个正压力对滑杆产生的最大静摩擦力中，任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和，满足了本发明的目的。特别是，若在所述管形双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2时，上述三个正压力对滑杆产生的最大静摩擦力相等，这不仅满足了本发明的目的即，满足任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和的摩擦力关系，更满足了最佳摩擦力关系。该马达的行程是不受限的，因为不管滑杆走到何处，各摩擦力不会变化，上述摩擦力关系依然满足，也从而满足了本发明的目的。上述管形双压电体结构也可以置于滑杆内部所述滑杆为管形，套于所述管形双压电体结构之外，所述弹簧片设置于滑杆内壁和管形双压电体结构的外壁之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。其工作原理以及对本发明目的满足同上。实施例I :弹簧片置于滑杆和基座之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器参见附图3，弹簧片置于滑杆和基座之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体2a、2b、基座I、滑杆3a，所述两压电体2a、2b按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座I上，构成双压电体结构，其特征是还包括弹簧片5a和两个垫片4a、4b，所述两个垫片4a、4b分别固定于所述两压电体2a、2b的自由端，设置与两压电体2a、2b在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆3a，所述弹簧片5a设置于基座I和滑杆3a之间，弹簧片5a和滑杆3a之间的弹性相压为点接触或线接触5b，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置5c处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。这就使得所述侧向弹力转换成的总基座正压力小于两垫片正压力之和，并且任何一个垫片正压力与基座正压力之和小于另一个垫片正压力，从而在基座I与滑杆3a的摩擦系数等于垫片4a、4b与滑杆的摩擦系数时，上述三个正压力对滑杆3a产生的最大静摩擦力中，任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和，满足了本发明的目的。特别是，若在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片5a产生的侧向弹力的位置5c处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2时，上述三个正压力对滑杆3a产生的最大静摩擦力相等，这不仅满足了本发明的目的即，满足任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和的摩擦力关系，更满足了最佳摩擦力关系能产生最大推力的摩擦力关系。该马达的行程是不受限的，因为不管滑杆3a走到何处，各摩擦力不会变化，摩擦力关系依然满足，也从而满足了本发明的目的。实施例2 :弹簧片置于滑杆和双压电体结构之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器参见附图4，弹簧片置于滑杆和双压电体结构之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体2a、2b、基座I、滑杆3a，所述两压电体2a、2b按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座I上，构成双压电体结构，其特征是还包括弹簧片5a和两个垫片4a、4b,所述两个垫片4a、4b分别固定于所述两压电体2a、2b的自由端,设置与两压电体2a、2b在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆3a，所述弹簧片5a设置于滑杆和双压电体结构之间，弹簧片5a和滑杆3a之间的弹性相压为点接触或线接触(参见附图3中的5b),该弹簧片5a在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆3a的一端与基座I相压,并将滑杆3a的另一端与两个垫片4a、4b分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片5a产生的侧向弹力的位置(参见附图3中的5c)处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。实施例3 :弹簧片置于内置滑杆和管形双压电体结构之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器参见附图5，弹簧片置于内置滑杆和管形双压电体结构之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体2a、2b、基座I、滑杆3a，所述两压电体2a、2b按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座I上，构成双压电体结构，其特征是还包括弹簧片5a和两个垫片4a、4b,所述两个垫片4a、4b分别固定于所述两压电体2a、2b的自由端，所述两压电体2a、2b皆呈沿管形体中轴线剖开的半管形状，它们围合起来固定站立于环形基座I上，构成管形双压电体结构，所述两个垫片4a、4b都为半环形，它们围成一个环形，构成垫片环，设置与两压电体2a、2b在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆3a，所述滑杆3a置于所述管形双压电体结构之内并且穿过分别位于其两端的环形基座I和垫片环4a、4b，所述弹簧片5a设置于滑杆3a和管形双压电体结构的内壁之间，弹簧片5a和滑杆3a之间的弹性相压为点接触或线接触(参见附图3中的5b)，该弹簧片5a在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆3a的一端与基座I相压，并将滑杆3a的另一端与两个垫片4a、4b分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片5a产生的侧向弹力的位置5c处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。其工作原理同上述实施例，所述侧向弹力转换成的总基座正压力小于两垫片正压力之和，并且任何一个垫片正压力与基座正压力之和小于另一个垫片正压力，从而在基座I与滑杆3a的摩擦系数等于垫片与滑杆的摩擦系数时，上述三个正压力对滑杆3a产生的最大静摩擦力中，任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和，满足了本发明的目的。特别是，若在所述管形双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片5a产生的侧向弹力的位置(参见附图3中的5b)处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2时，上述三个正压力对滑杆产生的最大静摩擦力相等，这不仅满足了本发明的目的即，满足任一个最大静摩擦力小于其它两个最大静摩擦力之和的摩擦力关系，更满足了最佳摩擦力关系。该马达的行程是不受限的，因为不管滑杆3a走到何处，各摩擦力不会变化，上述摩擦力关系依然满足，也从而满足了本发明的目的。 实施例4 :弹簧片置于外置管形滑杆的内壁和内置管形双压电体结构的外壁之间的高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器类似于上述实施例3，管形双压电体结构也可以置于管形滑杆内部所述滑杆3a为管形，套于所述管形双压电体结构之外，所述弹簧片5a设置于滑杆3a内壁和管形双压电体结构的外壁之间，弹簧片5a和滑杆3a之间的弹性相压为点接触或线接触5b，该弹簧片5a在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆3a的一端与基座I相压,并将滑杆3a的另一端与两个垫片4a、4b分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片5a产生的侧向弹力的位置(参见附图3中的5c)处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。其工作原理以及对本发明目的满足同上。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体、基座、滑杆，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，其特征在于，还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述弹簧片设置于基座和滑杆之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。
2.根据权利要求I所述高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，其特征在于，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2。
3.一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体、基座、滑杆，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，其特征在于，还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述弹簧片设置于滑杆和双压电体结构之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。
4.根据权利要求I所述高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，其特征在于，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2。
5.一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体、基座、滑杆，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，其特征在于，还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，所述两压电体皆呈沿管形体中轴线剖开的半管形状，它们围合起来固定站立于环形基座上，构成管形双压电体结构，所述两个垫片都为半环形，它们围成一个环形，构成垫片环，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述滑杆置于所述管形双压电体结构之内并且穿过分别位于其两端的环形基座和垫片环，所述弹簧片设置于滑杆和管形双压电体结构的内壁之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。
6.根据权利要求3所述高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，其特征在于，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2。
7.一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两个压电体、基座、滑杆，所述两压电体按伸缩方向平行设置并排地固定站立于基座上，构成双压电体结构，其特征在于，还包括弹簧片和两个垫片，所述两个垫片分别固定于所述两压电体的自由端，所述两压电体皆呈沿管形体中轴线剖开的半管形状，它们围合起来固定站立于环形基座上，构成管形双压电体结构，所述两个垫片都为半环形，它们围成一个环形，构成垫片环，设置与两压电体在其伸缩方向上为滑动配合的滑杆，所述滑杆为管形，套于所述管形双压电体结构之外，所述弹簧片设置于滑杆内壁和管形双压电体结构的外壁之间，弹簧片和滑杆之间的弹性相压为点接触或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，并将滑杆的另一端与两个垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。
8.根据权利要求5所述高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，其特征在于，在所述双压电体结构的伸缩方向上，所述弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置是距离基座正压力位置的1/2。
全文摘要
本发明公开了一种高刚性自配合双压电体并排推动的三摩擦力步进器，包括两压电体、基座、滑杆，两压电体按伸缩方向平行并排地固站于基座，构成双压电体结构。该步进器还包括分别固定于两压电体自由端的两垫片和设置于基座和滑杆(或滑杆与双压电体结构)之间的弹簧片，弹簧片和滑杆之间为点或线接触，该弹簧片在垂直于两压电体伸缩方向上将滑杆的一端与基座相压，将滑杆另一端与两垫片分别相压，分别构成基座正压力和两个垫片正压力，在双压电体结构的伸缩方向上，弹簧片产生的侧向弹力的位置处于基座正压力位置和垫片正压力位置之间，且距离垫片正压力位置比距离基座正压力位置更近。本发明尺寸小、刚性强、摩擦力条件和最佳摩擦力条件容易得到满足。
文档编号H02N2/02GK102857139SQ201210260299
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者王 琦, 陆轻铀 申请人:中国科学技术大学