本发明属于微进电机领域，涉及一种基于逆压电效应的微进电机，具体涉及一种基于逆压电效应驱动的低频微进电机。
背景技术：
1、基于逆压电效应的电机具有电磁驱动的电机所不具有的一些优势，具体为结构简单，不需要线圈和磁铁，结构可做的更小、更轻、更薄，甚至可以小至1毫米；最小旋转运动步进单位小，单次步进旋转的角度可小至0.001°，可实现高精度应用场合的精密控制；惯性误差小，靠摩擦力驱动，移动体的质量较轻，惯性小，响应速度快，起动和停止时间为毫秒量级；没有电磁感应效应，因此不受电磁感应影响，同时，它对外界也不产生电磁干扰，特别适合强磁场的工作环境如核磁设备或太空，以及对磁场限制的环境如人行机器人等。目前，基于逆压电效应的电机发展最为成熟的是超声电机，其利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将材料的微观变形通过机械振动和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。超声电机的工作频率在超声频段范围，即20khz以上。
2、超声电机因其体积小、重量轻、可微调节、无磁等优势，在相机自动聚焦、手表、汽车、机器人等领域得到了广泛应用。但是，超声电机也有其需要克服的缺点，如寿命短，超声电机高频的摩擦传递对摩擦相对面的磨损极高，导致其高精度使用寿命短，一般不超过1000小时；可靠性较低，随着使用时间的延长，材料发生塑性形变，定转子之间压力发生变化，导致电机工作的精度等可靠性下降；连续工作时间短，高频的摩擦导致动静转子之间的升温，工作时间过长会导致电机温度过高，对电机本身和周围环境产生温场影响。对于绝大多数工作场合，应用超声电机的出发点是应用其的无磁性和微调节性，对于重量和体积要求并不高。对于该类使用场合，可通过降低超声电机的频率来提高使用寿命和持续使用时长。
3、通过降低工作频率来提升使用寿命和可靠性的目的可以借助弹簧的椭圆运动特性实现。弹簧在压缩和复位的过程中，有一个椭圆运动的特性，即弹簧在压缩时，对于右旋弹簧，压缩时对于上端压缩面有一个向上、逆时针的作用力，复位时对上端面有一个向下、顺时针的力；对于左旋弹簧，压缩时对于上端面有一个向上、顺时针的作用力，复位时对于上端面有一个向下、逆时针的力。如果弹簧和上部压缩面之间没有刚性连接，那么弹簧在复位时，其对上端面无作用力(因弹簧有向下运动趋势)，这就会在弹簧上下往复振动过程中，当向上运动时，弹簧对压缩面有一个旋转的作用力；而弹簧向下复位时，并不存在一个相反的旋转作用力，进而可以保持与弹簧接触的压缩面单向旋转。同时，通过设计使弹簧的固有频率在压电陶瓷振动频率附近，通过弹簧系统的共振实现对压电陶瓷微小形变的放大，可进一步减小系统尺寸，提升系统的可靠性。
4、基于此，利用弹簧的椭圆运动效应及共振放大效应，实现对与其端面接触压缩面的高效放大驱动，可以将压电陶瓷的激振频率降低到低频范围，如1000hz以下，达到低频微进电机的技术实现，解决基于逆压电效应电机使用寿命和可靠性受限的问题。
技术实现思路
1、逆压电电机因其独特优势，可应用在航天、航空、机器人、钟表等需要精密调节和无磁场干扰的领域中，但现有逆压电电机工作频率为超声频率，即20khz，存在高频振动摩擦带来的磨损、发热等问题，严重影响应用的寿命、可靠性和连续工作能力，为解决上述问题，提升逆压电电机的工程应用可靠性，采用弹簧与逆压电电机结合的方式，利用弹簧的共振特性在保持电机效率的同时，将频率降低到1000hz以下，实现使用寿命提升20倍、发热功率下降95％的目的。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、一种基于逆压电效应驱动的低频微进电机，其特征在于，包括基座、陶瓷叠层、弹簧、摩擦片、推力轴承、输出轴、支撑轴承、轴承压盖、拉紧套、预紧弹簧、预紧螺母，所述基座、陶瓷叠层、摩擦片、轴承压盖、拉紧套为环形回转体，且基座、陶瓷叠层、弹簧、摩擦片、轴承压盖、拉紧套均与输出轴共轴；所述基座包括与陶瓷叠层相邻的安装面和与安装面相背的安装腔，安装腔内有台阶一、台阶二、台阶三；所述拉紧套包括拉紧法兰、空心杆、空心贯通腔、空心杆端部的外螺纹；所述陶瓷叠层放置在安装面上，弹簧放置在陶瓷叠层上；所述拉紧套从弹簧内腔装入，使拉紧法兰压在弹簧的最下部，空心杆穿过陶瓷叠层和基座，落入安装腔内；所述预紧弹簧套在空心杆外侧并沿空心杆轴向方向卡在台阶三上；所述预紧螺母拧入外螺纹使预紧弹簧预紧，进而将基座、陶瓷叠层、弹簧压紧；所述摩擦片通过螺钉固定在弹簧的上端面，推力轴承放置在摩擦片上，推力轴承的下底座与摩擦片接触，在上底座上施加预紧力f，使推力轴承、摩擦片、弹簧三者固定在一起；输出轴从推力轴承中心插入，从拉紧套的空心贯通腔穿出，输出轴和推力轴承的下底座固定，而和上底座之间是间隙配合，可以相对自由转动；输出轴的下端与支撑轴承连接，支撑轴承通过轴承压盖卡在阶二上，轴承压盖卡在台阶一上；所述陶瓷叠层在交变电场的作用下发生交变振动，该振动作用于弹簧使其与摩擦片接触的上端发生椭圆的交变往复运动，进而通过摩擦片带动推力轴承的下底座及与其相连的输出轴发生微转动。
4、所述微进电机以基座的上端面和下端面之间的中心面为镜像平面，镜像设置两组陶瓷叠层、弹簧、摩擦片、推力轴承形成两个微进电机系统，两个系统共用一个输出轴，输出轴在两个系统上分别形成输出端一和输出端二两个输出端；两个系统通过预紧力f1和f2进行预紧。
5、所述推力轴承也可以为向心轴承，向心轴承的内圈座与摩擦片、输出轴相连。
6、所述微进电机的工作频率为10-500hz。
7、与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明提供了一种新的基于逆压电效应的微进电机，补充超声电机的低频段应用缺失；(2)本发明采用弹簧的放大效应，使电机工作频率从超声段降低到500hz以下，大幅降低磨损和工作生热，提高电机使用寿命和持续工作时间；(3)为低频领域非磁环境的微进操作提供了新的方法。
1.一种基于逆压电效应驱动的低频微进电机，其特征在于，包括基座(1)、陶瓷叠层(2)、弹簧(3)、摩擦片(4)、推力轴承(5)、输出轴(6)、支撑轴承(7)、轴承压盖(8)、拉紧套(9)、预紧弹簧(10)、预紧螺母(11)，所述基座(1)、陶瓷叠层(2)、摩擦片(4)、轴承压盖(8)、拉紧套(9)为环形回转体，且基座(1)、陶瓷叠层(2)、弹簧(3)、摩擦片(4)、轴承压盖(8)、拉紧套(9)均与输出轴(6)共轴；所述基座(1)包括与陶瓷叠层(2)相邻的安装面(101)和与安装面(101)相背的安装腔(102)，安装腔(102)内有台阶一(103)、台阶二(104)、台阶三(105)；所述拉紧套(9)包括拉紧法兰(91)、空心杆(92)、空心贯通腔(93)、空心杆(92)端部的外螺纹(94)；所述陶瓷叠层(2)放置在安装面(101)上，弹簧(3)放置在陶瓷叠层(2)上；所述拉紧套(9)从弹簧(3)内腔装入，使拉紧法兰(91)压在弹簧(3)的最下部，空心杆(92)穿过陶瓷叠层(2)和基座(1)，落入安装腔(102)内；所述预紧弹簧(10)套在空心杆(92)外侧并沿空心杆(92)轴向方向卡在台阶三(105)上；所述预紧螺母(11)拧入外螺纹(94)使预紧弹簧(10)预紧，进而将基座(1)、陶瓷叠层(2)、弹簧(3)压紧；所述摩擦片(4)通过螺钉固定在弹簧(3)的上端面，推力轴承(5)放置在摩擦片(4)上，推力轴承(5)的下底座(51)与摩擦片(4)接触，在上底座(52)上施加预紧力f，使推力轴承(5)、摩擦片(4)、弹簧(3)三者固定在一起；输出轴(6)从推力轴承(5)中心插入，从拉紧套(9)的空心贯通腔(93)穿出，输出轴(6)和推力轴承(5)的下底座(51)固定，而和上底座(52)之间是间隙配合，可以相对自由转动；输出轴(6)的下端与支撑轴承(7)连接，支撑轴承(7)通过轴承压盖(8)卡在台阶二(104)上，轴承压盖(8)卡在台阶一(103)上；所述陶瓷叠层(2)在交变电场的作用下发生交变振动，该振动作用于弹簧(3)使其与摩擦片(4)接触的上端发生椭圆的交变往复运动，进而通过摩擦片(4)带动推力轴承(5)的下底座(51)及与其相连的输出轴(6)发生微转动。
2.根据权利要求1所述的一种基于逆压电效应驱动的低频微进电机，其特征在于，所述微进电机以基座(1)的上端面和下端面之间的中心面为镜像平面，镜像设置两组陶瓷叠层(2)、弹簧(3)、摩擦片(4)、推力轴承(5)形成两个微进电机系统，两个系统共用一个输出轴(6)，输出轴(6)在两个系统上分别形成输出端一(61)和输出端二(62)两个输出端；两个系统通过预紧力f1和f2进行预紧。
3.根据权利要求2所述的一种基于逆压电效应驱动的低频微进电机，其特征在于，所述推力轴承(5)也可以为向心轴承，向心轴承的内圈座与摩擦片(4)、输出轴(6)相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于逆压电效应驱动的低频微进电机，其特征在于，所述微进电机的工作频率为10-500hz。
