[发明专利]一种三相直线型静电电机及控制方法

说明书

本发明公开一种三相直线型静电电机及控制方法，包括定子板、动子板，还包括驱动电路、电源，所述定子板与动子板之间填充绝缘液，所述定子板、动子板的表面上均蚀刻有若干根铜电极，所述定子板上的电极数目大于动子板上的电极数目，所述定子板的电极施加三相方波驱动电压，所述动子板的电极施加稳恒驱动电压。相比于磁电式电动机，直线型静电电机没有励磁线圈，可大大减小体积，所要克服的损耗也相应减少；作为微型机械的动力模块，静电电机可以发挥自身优势，在各种细微复杂的环境中得到广泛的应用；以方波控制为基础的驱动方法使静电电机在低速时具有良好的性能，提高了电机的运行速率和换相速度。

技术领域

本发明涉及一种三相直线型静电电机，特别是涉及利用方波电压进行控制的双激励三相直线型静电电机。

背景技术

静电电机是利用静电为能量源的一种能量转换装置。近现代生产的发展对非磁性小型化电机的需求日益强烈，尤其是在航空宇航领域。对于微机械系统来说，静电力比磁力更具吸引力和前景。尽管已有多年研究历史，但由于静电电机需要高电压和高机械精度所以实际应用较少。相比于磁电式电动机，静电电机没有励磁线圈，所要克服的损耗相应减少。同时静电力与尺寸的平方成反比，其能量耗散与功率之比，大大优于同机座号的磁电式电动机。因此它具有结构简单、效率高的优点。近年新工艺和新材料的出现也为该种电机的发展提供了更大空间。

日本东京大学精密工程系于1995年提出一种三相交流电控制的双激励多相静电驱动模型。将定子和动子板上装以电极，通过对电极施加电压使动子板做直线运动。该电机的定子板和动子板具有相同的结构，分别给两板的电极通电，使每块板的相邻电极带极性相反的电荷。由于上下电极之间存在电压差，若固定其中一板，则形成的静电力可使另外一板产生位移。固定不动的板子称为定子板，产生位移的板子称为动子板，两板电极均通以三相交流电作为驱动电压源。虽然该电机推力可达到数十牛顿且其移动速度超过1m/s，但是该电机结构需要的电源相数多，且采用交流信号供电，增加了驱动电源的复杂程度和体积，也减小了电机的输出力。

因此本发明设计出一种三相直线型静电电机本体的结构，利用方波信号对该种结构下的直线型静电电机进行精准度较高的位置控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相直线型静电电机，以解决上述现有技术存在的问题，以此提高电机的输出力与位置精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种三相直线型静电电机，还包括驱动电路、电源，所述定子板与动子板之间填充绝缘液，所述定子板、动子板的表面上均蚀刻有若干根铜电极，所述定子板上的电极数目大于动子板上的电极数目，所述定子板的电极施加三相方波驱动电压，所述动子板的电极施加稳恒驱动电压。

优选地，所述驱动电路采用三相方波半桥驱动电路，所述驱动电路包括单片机、驱动芯片、半桥驱动电路。

优选地，所述单片机的定时器通道按照一定的时序输出PWM波，用以控制半桥驱动电路中的MOS场效应管的开通和关断；所述驱动芯片将单片机输出的PWM信号放大成电信号；所述半桥驱动电路在PWM波的控制下用于将三相方波电信号输出给定子板。

优选地，所述电源采用1kV的高压直流电。

优选地，所述动子电极极距为定子电极极距的1.5倍。

优选地，电机空间一个周期的结构包括动子板的4根电极与定子板的6根电极，所述定子板的6根电极两两相连接成三相，动子板的4根电极两两相连接成两相。

优选地，定子板、动子板由介电常数大于1的介电材料制成。

本发明公开了以下技术效果：

(1)相比于磁电式电动机，直线型静电电机没有励磁线圈，可大大减小体积，所要克服的损耗也相应减少；

(2)作为微型机械的动力模块，静电电机可以发挥自身优势，在各种细微复杂的环境中得到广泛的应用；