一种V形夹心式直线电机定子及其驱动方法技术

本发明专利技术提供了一种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。实现低速大扭矩。实现低速大扭矩。

【技术实现步骤摘要】
一种V形夹心式直线电机定子及其驱动方法


[0001]本专利技术属于超声电机
，具体涉及一种V形夹心式直线电机定子及其驱动方法。

技术介绍

[0002]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。。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种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。
[0004]本专利技术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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]进一步的，所述压电陶瓷片包括PZT、KNN、BTO中的任意一种。
[0009]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。
[0010]本专利技术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。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：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
[0012]图1为本专利技术所述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
[0013]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0014]实施例1如图1所示，一种V形夹心式直线电机，包括2个夹心式压电振子1、夹持装置2，2个压电振子1之间通过夹持装置2连接，夹持装置2优选连接在压电振子1振动的节线位置，有利于电机的稳定；压电振子1包括呈V形的前金属端盖1
‑
1、后金属端盖1
‑
2、预紧螺母3、压电元件4，其中，V形前金属端盖1
‑
1首端为柔性铰链结构，V形前金属端盖1
‑
1末端通过预紧螺母3连接压电元件4及后金属端盖1
‑
2，压电振子1共用V形全金属端盖1
‑
1。
[0015]如图2所示，压电元件包括4片压电陶瓷片4
‑
1和6片通电电极片4
‑
2，每相邻两片压电陶瓷片4
‑
1之间分别均设置有通电电极极片4
‑
2。压电陶瓷片4
‑
1均沿厚度方向极化，由前金属端盖1
‑
1至后金属端盖1
‑
2方向每2片压电陶瓷片4
‑
1为一组，每组压电陶瓷片4
‑
1的极化方向相对或者相向。2个压电振子1中只有一组压电陶瓷片4
‑
1的极化方式是相向的。
[0016]压电陶瓷片4
‑
1可以选自PZT、KNN、BTO中的任意一种，优选PZT8。
[0017]实施例2本实施例披露了上述V形夹心式直线电机定子的驱动方法，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。图3显示了压电陶瓷片的极化方向的其中一种情况，前金属端盖处的2组压电陶瓷组同向伸缩形成对称模态，仅生成法向振动位移，后金属端盖处的2组压电陶瓷组同时互为反向伸缩形成反对称模态，仅生成切向振动位移，此时法向振动位移和切向振动位移相互分离，从而可通过调节Vb的大小来调节电机线速度，实现低速大扭矩。
[0018]根据上述说明书的揭示和教导，本专利技术所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，上述说明并非对专利技术的限制，本专利技术并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对专利技术的一些修改和变更如本
的普通技术人员在实施例的实质范围内对各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等做出的变化、改型、添加或替换等变型，也应当落入本专利技术的权利要求的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种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，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的一种V形夹心式直线电机定子，其特征在于，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。3.如权利要求2所述的一种V形夹心式直线电机定子，其特征在于，所述压电陶瓷片为4片，所述通电电极片至少为3片。4.如权利要求3所述的一种V形夹心式直线电机定子，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：冶竣峰，袁辉，吴伟，
申请(专利权)人：南通智能感知研究院，
类型：发明
国别省市：