[发明专利]一种V形夹心式直线电机定子及其驱动方法

说明书

本发明提供了一种V形夹心式直线电机定子及其驱动方法，属于超声电机技术领域。采用2个夹心式压电振子构成V形结构，增加压电陶瓷片数量，通过调节压电陶瓷极化方向，使得对称模态和非对称模态分离，实现切向位移和法向位移的解耦，从而可独立控制切向位移和法向位移，实现低速大扭矩。

技术领域

本发明属于超声电机技术领域，具体涉及一种V形夹心式直线电机定子及其驱动方法。

背景技术

超声电机技术,伴随着智能材料的兴起和现代控制技术的进步,在最近几十年时间得到迅速发展,并且在特殊环境、高精度工况、微驱动领域等方面已经逐渐取代电磁电机,成为一种新型的驱动方式。其中，V形直线超声电机是一种结构典型、应用广泛、具有代表性的超声电机。它具有输出力大、输出速度高、定位精度高、推重比大、无电磁干扰和结构形式灵活的特点，已经成功应用在细胞显微操作、精密定位和微加工等方面。V 形直线超声电机不同于其它超声电机的特点是呈V形结构的定子。超声电机定子多是利用了典型的梁（梁的纵弯复合振动模态）、杆（杆的纵向振动模态或纵扭振动模态）和板（圆环板的弯曲振动模态）等简单的单一元件构成。而 V 形直线超声电机定子结构不再是由简单的单一元件构成，而是由两支压电换能器连接形成。该类型电机的工作模态也不再是纵向振动模态和弯曲振动模态的复合，而是对称与反对称模态复合。但由于通过对称和反对称模态复合，法向振动位移与切向振动位移 联系紧密，相互耦合，难以获得低速大扭矩。。

发明内容

本发明提供了一种V形夹心式直线电机定子及其驱动方法，通过增加压电陶瓷片改变激励方式，让对称模态和反对称模态运动分离，以试图解决直线速度难调小的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种V形夹心式直线电机定子，包括2个夹心式压电振子、夹持装置，所述压电振子之间通过夹持装置连接；

所述压电振子包括呈V形的前金属端盖、压电元件、后金属端盖、预紧螺母；V形前金属端盖首端为柔性铰链结构，V形前金属端盖末端通过预紧螺母连接压电元件及后金属端盖；压电振子共用V形前金属端盖。

进一步的，所述压电元件包括压电陶瓷片和通电电极片，每相邻两片压电陶瓷片之间均设置有通电电极极片。每个压电元件中压电陶瓷片为4片，通电电极片至少为3片。

进一步的，所述压电陶瓷片均沿厚度方向极化，由前金属端盖至后金属端盖方向每2片压电陶瓷片为一组，每组压电陶瓷片的极化方向相对或者相向。

进一步的，所述压电振子中只有一组压电陶瓷片的极化方式是相向的。

进一步的，所述压电陶瓷片包括PZT、KNN、BTO中的任意一种。

进一步的，所述夹持装置连接在压电振子振动的节线位置上。

本发明还提供了上述直线电机定子的驱动方法，包括以下步骤：

对前金属端盖处的压电陶瓷组同时施加电压V_a，对后金属端盖处的压电陶瓷组同时施加电压V_b。其中，所述电压V_a与所述电压V_b相位相差0.5π。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：可实现法向振动位移和切向振动位移的解耦，通过调节所施加的切向位移电压值来独立调节直线电机的切向速度而不影响驱动力，从而达到实现低速大扭矩的目的。

附图说明

图1为本发明所述V形夹心式直线电机定子的结构示意图；

图2为图1中压电元件的结构示意图；

图3为实施例2中压电陶瓷片极化方向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1