专利名称：微动量驱动连续纳米往复位移驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种往复位移驱动器，特别是一种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，属于纳米技术领域。
背景技术：
纳米技术依赖于纳米精度驱动、定位、位移测量及相关加工技术与设备。实现连续的纳米位移是纳米加工、操纵、测量等领域的关键技术。纳米位移驱动器在纳米加工、光通信、航海、航天、天文、光学等广泛的领域具有重要应用。采用传统的进步马达，要实现无振动及重复精度的纳米运动是不可能的。经对现有技术的文献检索发现，2001年美国专利号为US61948811，名称为Driveapparatus(驱动器)，该专利介绍了一种新的纳米运动驱动机制，通过把重力势能逐步释放转化为位移驱动，该专利驱动器包括重力源、压电晶体、运动杆、压电晶体驱动的夹紧装置、运动杆的固定轴心座等组成部分，其工作原理是这样的运动杆和轴心座存在摩擦力F，当F大于重力W时，运动杆是静止的，不发生运动。当压电晶体施加一脉冲电压，压电晶体在脉冲电压驱动下产生的膨胀力和重力共同作用，运动杆发生运动。当脉冲电压处于零电平时，压电晶体发生回复，运动杆发生运动发生回复，这时回复的方向与重力方向相反，回复位移要比前进位移小。夹紧装置使压电晶体发生回复时，运动杆不发生回复，从而在连续脉冲电压作用下，运动杆产生连续的微小步进运动，当脉冲宽度足够小，这一微小步进具有纳米精度。但由于夹紧装置很难与压电晶体发生回复完全同步，使得运动杆的运动过程是一带有锯齿振动的位移运动。该专利技术在纳米运动机制上比以往以尺蠕为基本原理的驱动机制上有了突破，但由于其所采用的结构及没有摆脱尺蠕结构中的夹紧机构，存在四方面的缺陷1、采用重力作为势能源，使得驱动器件不能发生倾斜，只能用于水平工作状态；2、直接用势能驱动运动杆产生纳米位移，由于压电晶体在脉冲电压驱动下产生膨胀，当脉冲电压处于零电平时，压电晶体发生回复，使得运动杆的运动过程是一带有锯齿振动的位移运动，即工作状态不平稳；3、采用压电晶体驱动的夹子来控制运动杆的自由随机滑动，存在加工精度要求高，容易由于夹子力和相位不对称产生的横向振动，这种横向振动对纳米精度的位移驱动器是致命的；4、采用的结构和驱动机制无法实现往复运动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，使其克服了现有技术的不足和缺陷。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要包括运动杆、固定支架、压电晶体、弹簧压缩盘、弹簧、质量块、电磁阀、动量驱动杆、支架轴承、动量接受器，其连接方式为固定支架固定在底座上，运动杆的两端分别设置动量接受器，动量接受器分别固定于运动杆两端的两侧上，运动杆上两动量接受器之间设置支架轴承，支架轴承上设置电磁阀，支架轴承的两侧分别设置固定支架，固定支架有两个，形状、结构相同，固定支架的一端形状为“L”形，在“L”形的翻角端设有通孔，固定支架上搁置动量驱动杆，具体为两动量驱动杆的一端分别搁置在两固定支架的通孔上，动量驱动杆的另一端分别指向两动量接受器，动量驱动杆受固定支架通孔的支撑，动量驱动杆与动量接受器是断开的，动量驱动杆可在轴向上作自由的连续纳米往复位移，动量驱动杆上设置压电晶体、弹簧压缩盘、弹簧、质量块，压电晶体轴向一端指向两动量接受器，另一端与质量块连接，质量块又与弹簧压缩盘联接，弹簧压缩盘联接在动量驱动杆的另一端，弹簧压缩盘径向尺寸大于动量驱动杆的径向尺寸，弹簧套置在动量驱动杆上，在弹簧压缩盘和固定支架的“L”形的翻角端之间，受弹簧压缩盘和固定支架的“L”形的翻角端两内侧的挤压。
首先弹簧存在压缩势能Ec，弹簧的弹性力Fc，由于运动杆和支架轴承存在摩擦力fd0，当摩擦力fd0大于弹性力Fc，运动杆不会发生左右自由运动。当脉冲电压施加到压电晶体，压电晶体发生瞬间膨胀，动量驱动杆和质量块产生大小相等方向相反的力。当质量块的质量大于驱动杆的质量，可以使动量驱动杆产生一定的向前冲量。当动量驱动杆作用于动量接受杆，根据动量守恒，动量驱动杆上的动量在瞬间传递给了运动杆。当这一动量足以克服摩擦力和相反方向的弹簧弹性力，运动杆就向前运动。由于摩擦力的作用，运动杆向前运动微小距离后就停止。通过精确控制施加在压电晶体上的脉冲电压的宽度和幅度，可以使运动杆向前微小位移步进具有纳米精度。在连续脉冲电压作用下，可以使动量驱动杆连续把微动量传递给了运动杆，运动杆就可以产生连续的纳米位移步进运动。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用把弹性势能逐步释放，应用不受空间限制，可在三维空间任意转动；采用首先把微势能转化为微动量，再用微动量驱动运动杆产生纳米位移；由于动量具有方向性，不存在运动杆回复的因素，采用可控的均匀摩擦力，控制运动杆的自由随机滑动；不存在横向振动，而且纵向振动只要向前半周期。本发明可广泛应用纳米加工、光通信、航海、航天、天文、光学等领域。
图1本发明结构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括运动杆1、固定支架2、压电晶体3、弹簧压缩盘4、弹簧5、质量块6、电磁阀7、动量驱动杆8、支架轴承9、动量接受器10，其连接方式为固定支架2固定在底座上，运动杆1的两端分别设置动量接受器10，运动杆1上两动量接受器10之间设置支架轴承9，支架轴承9上设置电磁阀7，支架轴承9的两侧分别设置固定支架2，固定支架2上搁置动量驱动杆8，动量驱动杆8的另一端分别指向两动量接受器10，动量驱动杆8上设置压电晶体3、弹簧压缩盘4、弹簧5、质量块6。
固定支架2有两个，形状、结构相同，固定支架2的一端形状为“L”形。固定支架2的“L”形的翻角端设有通孔，两动量驱动杆8的一端分别搁置在两固定支架2的通孔上。压电晶体3轴向一端指向两动量接受器10，另一端与质量块6连接，质量块6又与弹簧压缩盘4联接，弹簧压缩盘4联接在动量驱动杆8的另一端。弹簧5套置在动量驱动杆8上，并在弹簧压缩盘4和固定支架2的“L”形的翻角端之间。弹簧压缩盘4径向尺寸大于动量驱动杆8的径向尺寸。动量驱动杆8与动量接受器10的连接是断开的。动量接受器10分别固定于运动杆1两端的两侧上。
权利要求
1.一种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，主要包括运动杆(1)、固定支架(2)、压电晶体(3)、质量块(6)、动量驱动杆(8)、动量接受器(10)，其特征在于还包括弹簧压缩盘(4)、弹簧(5)、电磁阀(7)、支架轴承(9)，其连接方式为固定支架(2)固定在底座上，运动杆(1)的两端分别设置动量接受器(10)，运动杆(1)上两动量接受器(10)之间设置支架轴承(9)，支架轴承(9)上设置电磁阀(7)，支架轴承(9)的两侧分别设置固定支架(2)，固定支架(2)上搁置动量驱动杆(8)，动量驱动杆(8)的另一端分别指向两动量接受器(10)，动量驱动杆(8)上设置压电晶体(3)、弹簧压缩盘(4)、弹簧(5)、质量块(6)。
2.根据权利要求1所述的这种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，其特征是固定支架(2)有两个，形状、结构相同，固定支架(2)的一端形状为“L”形。
3.根据权利要求1或2所述的这种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，其特征是固定支架(2)的“L”形的翻角端设有通孔，两动量驱动杆(8)的一端分别搁置在两固定支架(2)的通孔上。
4.根据权利要求1所述的这种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，其特征是压电晶体(3)轴向一端指向两动量接受器(10)，另一端与质量块(6)连接，质量块(6)又与弹簧压缩盘(4)联接，弹簧压缩盘(4)联接在动量驱动杆(8)的另一端。
5.根据权利要求1所述的这种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，其特征是弹簧压缩盘(4)径向尺寸大于动量驱动杆(8)的径向尺寸。
6.根据权利要求1所述的这种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，其特征是弹簧(5)套置在动量驱动杆(8)上，并在弹簧压缩盘(4)和固定支架(2)的“L”形的翻角端之间，受弹簧压缩盘(4)和固定支架(2)的“L”形的翻角端两内侧的挤压。
7.根据权利要求1所述的这种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，其特征是动量驱动杆(8)与动量接受器(10)的连接是断开的。
8.根据权利要求1所述的这种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器，其特征是动量接受器(10)分别固定于运动杆(1)两端的两侧上。
全文摘要
一种微动量驱动连续纳米往复位移驱动器属于纳米技术领域。主要包括运动杆、固定支架、压电晶体、弹簧压缩盘、弹簧、质量块、电磁阀、动量驱动杆、支架轴承、动量接受器，其连接方式为固定支架固定在底座上，运动杆的两端分别设置动量接受器，两动量接受器之间设置支架轴承，支架轴承上设置电磁阀，固定支架上搁置动量驱动杆，动量驱动杆上设置压电晶体、弹簧压缩盘、弹簧、质量块。本发明采用把弹性势能逐步释放，不受空间限制，采用把微势能转化为微动量，驱动运动杆产生纳米位移，不存在运动杆回复的因素，采用可控的均匀摩擦力，控制运动杆的自由随机滑动，不存在横向振动，可广泛应用纳米加工、光通信、航海、航天、天文、光学等领域。
文档编号H02N2/02GK1402423SQ0213725
公开日2003年3月12日 申请日期2002年9月29日 优先权日2002年9月29日
发明者王庆康 申请人:上海交通大学