[发明专利]叠层八杆型压电定子推动的直线电机及运行方式

说明书

本发明公开了一种叠层八杆型压电定子推动的直线电机及运行方式，所述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，当对双重积分符弯振激励陶瓷、双夹钳弯振激励陶瓷施加等幅、同频并且时间相位相差90^o的两相交流电功率信号对两相工作模态进行激励时，将在定子组件上同时激发出双重积分符形模态振动、双夹钳形模态振动等两相弹性振动，使驱动足耦合形成椭圆运动轨迹，从而交替推动定位平台移动。本发明能产生较高的响应速度、运行精度和输出较大推力。

技术领域

本发明涉及一种精密驱动压电直线电机结构及运行方式，属于压电电机领域。

背景技术

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Williams A和Brown W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，故更多地发明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。

发明内容

本发明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及运行方式，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。