叠层八杆型压电定子推动的直线电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机，包括定子组件、定位平台和支座组件，定子组件与支座组件固定连接且介于定位平台之内并通过驱动足与定位平台接触，定位平台与支座组件之间形成移动副，利用叠层八杆型压电定子特定的双重积分符形模态和双夹钳形模态驱动定位平台。本实用新型专利技术定位方式简单，选定无振动位移的矩形块中心位置作为定子夹持点并将定子悬浮固定，既保证了定位的可靠性又避免了因为夹持和固定可能带来的工作模态异形化以及模态频率大幅飘移等问题；通过调节螺钉和弹性垫片来调节定子组件与定位平台之间的预压力，既方便用户操作，也使得电机结构更加紧凑和稳定，并能产生较高的响应速度、运行精度和输出较大推力。

Linear motor driven by laminated eight bar piezoelectric stator

【技术实现步骤摘要】
叠层八杆型压电定子推动的直线电机
本技术涉及一种精密驱动压电直线电机结构，属于压电电机领域。
技术介绍
压电电机作为一种新型动力机械部件，基于压电陶瓷的逆压电效应实现电能转换到振动态机械能，并通过摩擦过程将振动能转换为动子特定的移动或转动。与传统的电磁电机相比，压电电机具有结构简单、小型轻量、响应快、噪声低、断电自锁、不受磁场干扰、运动精确等优点。以上世纪40年代美国学者WilliamsA和BrownW申请第一个有关压电电机的专利为开端，迄今在美国、日本、德国等科技发达国家,压电电机技术及其产品已实现产业化。压电电机主要分为旋转型和直线型两大类，目前旋转型压电电机技术已日趋成熟，直线电机技术的发展则相对滞后。然而，直线电机因其定子对动子进行直接驱动、抛却传动变换机构，故定位精度高、运动精密，从而在运动工作台的精密驱动、显微设备驱动、生物医学操作、IC蚀刻、光纤对接与装配等领域存在广阔应用前景。压电直线电机已成为压电电机的研究热点。2008年，时运来设计出单矩形板复合模态直线超声电机；2013年，姚志远则利用兰杰文结构设计出扇形定子超声电机；2015年张建滔提出三棱柱形直线电机。此外，尚有满足特定使用要求的其它新构型压电直线电机也在近年来陆续提出和开发，例如，物理光栅三维扫描仪需要在29mm×23mm×3mm狭小空间内调整光栅位置;缓冲气囊在着陆缓冲过程需要体积小、执行力大、响应快的作动器实时控制气囊排气口大小;引信安全系统中需要扁平结构的作动器驱动引信隔爆机构运动，且要求作动器无电磁干扰。总体上，为推进直线电机发展，人们已做了不少工作并取得了大量成果。尽管如此，目前的压电直线电机还远谈不上成熟，其性能离广泛工程应用需求尚存较大差距。一方面，它还普遍存在动力小、效率低、工作欠稳定等问题，另一方面，目前比较有限的直线电机结构形式使其还无法满足应用领域对其提出的多样需求，故更多地技术直线电机新原理及其动力学结构仍是压电电机研究的重要方面。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机，克服原直线电机定子定位复杂、运动位置分辨率低、运行速度慢和输出推力小的缺点。一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机，包括定子组件、定位平台和支座组件，其特征在于：所述的定子组件连接支座组件并介于定位平台之内，所述的定位平台连接定子组件和支座组件，并且与支座组件之间形成移动副，所述定子组件包括定子基体、压电陶瓷片、驱动足，所述定子基体包括矩形块及位于矩形块前后表面四个边角处的八根方形杆体，所述矩形块与方形杆体为一体化结构，其中处于矩形块上部位置的四根方形杆体构成上层体，处于矩形块下部位置的四根方形杆体构成下层体，在矩形块上表面中心处钻出了通孔，方形杆体与矩形块连接端设有沟槽，且各方形杆体中心处均钻出盲孔，旨在减小方形杆体的刚度以增大定子工作模态振动的振幅；所述压电陶瓷片为矩形薄板状，粘贴在方形杆体沿长度方向同一位置处的四周且分为两组，其中粘贴在各方形杆体上、下表面的压电陶瓷片为双夹钳弯振激励陶瓷，粘贴在各方形杆体两侧面上的压电陶瓷片为双重积分符弯振激励陶瓷，所述驱动足呈长方体状，配置在定子基体上、下表面的杆端位置。一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机，其特征在于：所述定位平台包括下层板、上层板和四根立柱，所述下层板与上层板均为矩形板且外围尺寸相同，下层板中部开设方槽，所述立柱呈方条状，其一端通过平台螺钉与下层板紧固，另一端通过平台螺钉固定在上层板上，并且在立柱与上层板连接间压入了弹性垫片；所述支座组件包括底板、导轨条，在底板的中心位置设有凸台，并在凸台上制出了螺纹孔，导轨条的截面呈“凹”入状，两导轨条均通过螺钉紧固在底板上，且导轨条与底板连接处设有导轨弹性垫片，两个导轨条相互平行且其凹槽相对，所述底板的四个边角处设有安装螺钉；所述定位平台的下层板连接支座组件的导轨条，并构成移动副；所述定子组件介于下层板与上层板之间，并通过螺钉连接在支座组件上的凸台上；定子组件上层体上的四个驱动足连接上层板的下表面，下层体上的四个驱动足连接下层板的上表面；通过调整弹性垫片的压紧程度可调节定位平台与定子组件之间的预压力。一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机，其特征在于：电机工作模态包括定子组件的双重积分符形模态和双夹钳形模态，所述的双重积分符形模态指定子的振动仅发生在上层体、下层体所处平面内，并且各层体的两竖杆弯曲形态完全一致；所述双夹钳形模态是指定子的振动发生在两层体所处平面之外，并且两层体结构各竖杆的上、下部分的弯曲形态正好相反，其中双夹钳形模态用以实现驱动足交替的保持与定位平台的接触或分离，双重积分符形模态用以实现驱动足交替的推动定位平台移动。本技术的优点是：本技术的直线电机定位方式简单，选定无振动位移的矩形块中心位置作为定子夹持点并将定子悬浮固定，既保证了定位的可靠性又避免了因为夹持和固定可能带来的工作模态异形化以及其模态频率大幅飘移等问题；本技术的直线电机通过调节螺钉和弹性垫片来调节定子组件与定位平台之间的预压力，方便用户操作，也使得电机结构更加紧凑和稳定；本技术的直线电机采用叠层八杆型压电定子的多个驱动足直接推动定位平台运动，这种众多驱动足合力驱动的方式能成倍增大定位平台的输出推力和速度并使其平台的运行更稳定，保证电机响应速度快，定位精度高的同时又能输出较大推力和速度。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为图1的侧视结构示意图；图3为本技术中定子组件的结构示意图；图4为本技术中定位平台的结构示意图；图5为本技术中支座组件的结构示意图；图6为本技术中定子组件的双重积分符形模态示意图；图7为本技术中定子组件的双夹钳形模态示意图；图8为本技术中上层体的压电陶瓷位置布置及其压电极化与供电配置平面示意图；图9为本技术中下层体的压电陶瓷位置布置及其压电极化与供电配置平面示意图；图10为本技术定子组件推动定位平台作直线运动的平面示意图；图中：1-定子组件，11-定子基体，111-矩形块，112-方形杆体，12-压电陶瓷片，13-驱动足，2-定位平台，21-下层板，22-上层板，23-立柱，24-平台螺钉，25-弹性垫片，3-支座组件，31-底板，311-凸台，32-导轨条，33-安装螺钉，34-螺钉，35-导轨弹性垫片。具体实施方式现结合附图详细说明本技术结构的实施方式：一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机，如图1～图5所示，包括定子组件1、定位平台2和支座组件3，其特征在于：所述的定子组件1连接支座组件3并介于定位平台2之内，所述的定位平台2连接定子组件1和支座组件3，并且与支座组件3之间形成移动副，所述定子组件1包括高性能PZT压电陶瓷片12、由金属弹性材料构成的定子基体11、由耐磨材料构成的驱动足13，所述定子基体11包括矩形块111及位于矩形块111前后表面四个边角处的八根方形杆体112，所述矩形块111与方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机，包括定子组件（1）、定位平台（2）和支座组件（3），其特征在于：所述的定子组件（1）连接支座组件（3）并介于定位平台（2）之内，所述的定位平台（2）连接定子组件（1）和支座组件（3），并且与支座组件（3）之间形成移动副，所述定子组件（1）包括定子基体（11）、压电陶瓷片（12）、驱动足（13），所述定子基体（11）包括矩形块（111）及位于矩形块（111）前后表面四个边角处的八根方形杆体（112），所述矩形块（111）与方形杆体（112）为一体化结构，其中处于矩形块（111）上部位置的四根方形杆体（112）构成上层体，处于矩形块（111）下部位置的四根方形杆体（112）构成下层体，在矩形块（111）上表面中心处钻出通孔，以供定子基体（11）采用螺钉穿过该孔安装在支座组件（3）上，方形杆体（112）与矩形块（111）连接端设有沟槽，且各方形杆体（112）中心处均钻孔，旨在减小方形杆体（112）的刚度以增大定子工作模态振动的振幅；所述压电陶瓷片（12）为矩形薄板状，粘贴在方形杆体（112）沿长度方向同一位置处的四周且分为两组，其中粘贴在方形杆体（112）上、下表面的压电陶瓷片（12）为双夹钳弯振激励陶瓷，粘贴在方形杆体（112）侧面的压电陶瓷片（12）为双重积分符弯振激励陶瓷，所述驱动足（13）呈长方体状，配置在定子基体（11）上、下表面的杆端位置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机，包括定子组件（1）、定位平台（2）和支座组件（3），其特征在于：所述的定子组件（1）连接支座组件（3）并介于定位平台（2）之内，所述的定位平台（2）连接定子组件（1）和支座组件（3），并且与支座组件（3）之间形成移动副，所述定子组件（1）包括定子基体（11）、压电陶瓷片（12）、驱动足（13），所述定子基体（11）包括矩形块（111）及位于矩形块（111）前后表面四个边角处的八根方形杆体（112），所述矩形块（111）与方形杆体（112）为一体化结构，其中处于矩形块（111）上部位置的四根方形杆体（112）构成上层体，处于矩形块（111）下部位置的四根方形杆体（112）构成下层体，在矩形块（111）上表面中心处钻出通孔，以供定子基体（11）采用螺钉穿过该孔安装在支座组件（3）上，方形杆体（112）与矩形块（111）连接端设有沟槽，且各方形杆体（112）中心处均钻孔，旨在减小方形杆体（112）的刚度以增大定子工作模态振动的振幅；所述压电陶瓷片（12）为矩形薄板状，粘贴在方形杆体（112）沿长度方向同一位置处的四周且分为两组，其中粘贴在方形杆体（112）上、下表面的压电陶瓷片（12）为双夹钳弯振激励陶瓷，粘贴在方形杆体（112）侧面的压电陶瓷片（12）为双重积分符弯振激励陶瓷，所述驱动足（13）呈长方体状，配置在定子基体（11）上、下表面的杆端位置。


2.根据权利要求1所述的叠层八杆型压电定子推动的直线电机，其特征在于：所述定位平台（2）包括下层板（21）、上层板（22）和四根立柱（23），所述下层板（21）与上层板（22）均为矩形板且外围尺寸相同，下层板（21）中部开设方槽，所述立柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺红林，方志敏，龙玉繁，邓传涛，乐敏杰，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：新型
国别省市：江西;36