专利名称：选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统和驱动方法
技术领域：
本发明涉及机械纺织行业的选针器，具体涉及一种选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统及驱动方法。
背景技术：
众所周知，在机械纺织行业，根据工艺要求，控制针的运行方式可以缝制花样。目前，通用的做法是采用选针器、特别是压电陶瓷选针器来实现针的自动化运行。现有的一种压电陶瓷选针器的结构如图I所示(局部立体图)，压电陶瓷选针器1000包括多个压电陶瓷驱动片100、导电基座300、安装在所述多个压电陶瓷驱动片100前端的选针头500。压电陶瓷驱动片100固定在导电基座10上。压电陶瓷驱动片100的驱动电源线40 可在压电陶瓷驱动片100安装之前根据要求焊接到位，待压电陶瓷驱动片100固定到位后，然后通过集线盒50整理集束后再与驱动电源(图中未示出)连接。上述压电陶瓷驱动片为双晶片结构，如图2所示，其中示出了该压电陶瓷驱动片 100的局部立体图。压电陶瓷驱动片100包括基片130和分别粘贴于基片130两侧的压电陶瓷片110和120。在所述基片130—端的两侧分别粘贴有电极1301、1302，如薄铜片。压电陶瓷片110面向(facing)基片130 —面上带有的电极如银电极与铜电极1301搭接，而压电陶瓷片120面向(facing)基片130 —面上带有的电极如银电极与铜电极1303搭接。 压电陶瓷片110、120与所述基片130分别相对(opposite)的一面1101、1201则通过设置于其上的电极如银涂层(图中未示出)与导电基座连接。驱动电源线40对于每一个压电陶瓷驱动片而言，带有两根相互绝缘的电源线并分别与电极1301、1303焊接连接。在实际工作中，根据需要，其中的一根电源线首先为一个压电陶瓷片供电，如为压电陶瓷片110供电，从而在压电陶瓷片110的两个面之间(压电陶瓷片与基片相对的一面1101与导电基座电连通，导电基座为负极)形成电场。由于逆压电效应，使压电陶瓷驱动片100产生选针所需的一方向上的位移和驱动力。电源线所提供的电压一般不高于220V，以免将压电陶瓷片击穿。而当需要在另一方向上的位移和驱动力时， 必须切断压电陶瓷片110的电源供应，转而为压电陶瓷片120提供电源，以仅在压电陶瓷片 120的两个面之间(压电陶瓷片与基片相对的一面1201与导电基座电连通，导电基座为负极)施加需要的电场。虽然在图2中示出了电场方向，但在实际应用中施加的电场也可以采用其它的方向，如与图2中所示的电场方向相反等等。现有的压电陶瓷驱动片的驱动系统存在下述缺点在某一时间段内，双晶片压电陶瓷驱动片仅有其中的一个压电陶瓷片由于施加到其上的电场产生位移和驱动力，而另一个压电陶瓷片则处于不工作状态。这种情况导致需要为工作的压电陶瓷片施加较大的电场才能获得需要的位移和驱动力，从而使压电陶瓷片被击穿的可能性增加，使用寿命降低。而压电陶瓷片的更换非常麻烦，甚至需要更换整个的压电陶瓷选针器，这势必造成设备成本的增加。还有，仅仅在一个压电陶瓷片上施加电压，所产生的位移和驱动力调节空间小，这种情况会导致纺织效率低，质量不稳定。需要一种能够产生所需的位移和驱动力而施加的电场尽量低，且能够根据不同的纺织机械对压电陶瓷驱动片产生的位移和驱动力进行调节以优化纺织机械性能和效率的选针器压电陶瓷驱动片驱动系统。
发明内容
本发明的目的在于克服 现有技术的缺陷，提供一种选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统，使得所述压电陶瓷驱动片能产生所需的位移和驱动力而施加的电场尽量低，并能够根据不同的纺织机械对压电陶瓷驱动片产生的位移和驱动力进行调节以优化纺织机械的性能和效率。本发明的技术方案是一种选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统，包括双晶片压电陶瓷驱动片、基座、电源，其特征在于，所述电源包括在同一时间段内为其中的一个压电陶瓷片提供正向电场的电源，和为另一个压电陶瓷片提供负向电场的电源，其中所述负向电场低于所述另一个压电陶瓷片的矫顽电场。本发明中，所述负向电场通常为20-70V。优选地，所述负向电场为24-60V。更优选地，所述负向电场为36-48V。在一个具体实施例中，所述正向电场为190V，所述负向电场为48V。本发明中，术语“正向电场”意指与压电陶瓷片极性方向相同取向的电场。术语“负向电场”意指与压电陶瓷片极性方向取向相反的电场。所述正向电场和负向电场是相对于选针器的导电基座而言的。本发明中，假定导电基座上的电压为0V,即，例如，若施加的正向电场为190V,则相对于导电基座,压电陶瓷片面向基片一面的电压为+190V ;若施加的负向电场为48V,则相对于导电基座,压电陶瓷片面向基片一面的电压为-48V。本发明还提供了一种选针器压电陶瓷驱动片的驱动方法，所述方法包括为所述压电陶瓷驱动片的一个压电陶瓷片提供正向电场；同时为所述压电陶瓷驱动片的另一个压电陶瓷片提供负向电场，其中
所述负向电场低于所述另一个压电陶瓷片的矫顽电场。优选地，上述方法还包括一电源控制器，所述电源控制器使得交替地在所述压电陶瓷驱动片的一个压电陶瓷片上施加正向电场和负向电场，同时交替地在所述压电陶瓷驱动片的另一个压电陶瓷片上施加负向电场和正向电场。所述电源控制器优选能够使所述电源输出可变电压，如使得施加的正向电场可在 100V至200V之间调节，施加的负向电场可在20V至70V之间调节。本发明的优点在于在为压电陶瓷驱动片的其中一个压电陶瓷片施加正向电场的同时，为另一压电陶瓷片施加负向电场，不但可以增加压电陶瓷片的摆动力度，从而可提高纺织效率和质量，而且可以适当降低施加的正向电场，从而提高施加正向电场的压电陶瓷片的安全性和使用寿命。还有，针对不同的纺织机械的选针器，可对施加的正向电场和负向电场进行调节，使其中的压电陶瓷驱动片产生最佳的位移和驱动力，优化其性能。
图I为现有技术的一种包括双晶片压电陶瓷驱动片的选针器的局部立体示意图； 图2示出图I中的双晶片压电陶瓷驱动片的局部立体示意图3为本发明的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统的立体示意图。
具体实施例方式为更清楚地理解本发明，现结合附图对本发明作进一步说明。应该理解，附图中所描述的本发明的具体实施方式
仅为说明本发明用，并不构成对本发明的限制。本发明的保护范围由所附的权利要求书进行限定。应该理解，本发明的附图仅为说明本发明用，并非按比例和实际形状精确绘制，因此这些附图不应成为对本发明的限制。
根据矫顽电场的理论，压电陶瓷材料在施加负向电场时，若负向电场的强度接近或达到矫顽电场强度时，将发生去极化现象。图3为本发明的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统的立体示意图。如图3所示， 本发明的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统包括压电陶瓷驱动片200、基座(未示出)和电源。压电陶瓷驱动片200包括基片230和分别粘贴于基片230两侧的压电陶瓷片210、220， 即压电陶瓷驱动片200具有双晶片结构。在基片230 —端，如图示的左端两侧分别设置有电极2301、2303。电极2301、2303通常为薄铜片。压电陶瓷片210、220分别具有面向基片 230的面和相对基片230的面。在压电陶瓷片所述的两个面上，分别涂覆有银层，其中面向基片230的面上的银层与电极2301、2303搭接以实现电连通。压电陶瓷驱动片和基座之间的连接如图I中所示，且如前面所述。该系统的工作方式是当图中所述的压电陶瓷驱动片200的右端，即选针头端 2302需要向一方向产生位移和驱动力时，可在压电陶瓷片210面向基片的面上施加电压， 使得压电陶瓷片210在面向基片的面和相对基片的面之间形成的电场为正向电场，即在电源211和压电陶瓷片210之间形成如图所示的封闭回路。同时，可在压电陶瓷片220面向基片的面上施加电压，使得压电陶瓷片220在面向基片的面和相对基片的面之间形成的电场为负向电场，即在电源221和压电陶瓷片220之间形成如图所示的封闭回路。施加的负向电场应小于压电陶瓷片220的矫顽电场，从而使得压电陶瓷片210、220协同工作，相比单独作用在压电陶瓷片210上的正向电场产生增大的摆动力度。与上述相反，选针头端2302需要向相反方向产生位移和驱动力时，可在压电陶瓷片220面向基片的面上施加电压，使得压电陶瓷片220在面向基片的面和相对基片的面之间形成的电场为正向电场(与图3所示正好相反)。同时，可在压电陶瓷片210面向基片的面上施加电压，使得压电陶瓷片210在面向基片的面和相对基片的面之间形成的电场为负向电场(与图3所示正好相反)。施加的负向电场应小于压电陶瓷片210的矫顽电场，从而使得压电陶瓷片210、220协同工作，相比单独作用在压电陶瓷片220上的正向电场产生增大的摆动力度。上述电源的切换可采用电源控制器实现。用于本发明的电源控制器可采用本技术领域任何已知的技术制成。所述电源控制器优选使得所施加的正向电场和负向电场可调节，如施加的正向电场可在IOOV至200V之间调节，施加的负向电场可在20V至70V之间调节。这些都可由本领域技术人员根据现有技术实现。上述施加的正向电场通常为小于或等于200V的电压，该电压应保证低于压电陶瓷片210、220的击穿电压。所施加的负向电场的电压应小于压电陶瓷片210、220的矫顽电场。由于应用中采用的压电陶瓷片的厚度一定，因此本发明中所指的正向电场、负向电场实质上指施加于或存在于所述压电陶瓷片两面之间的电压。一般地，上述负向电场的范围可为20V-70V，优选24V-60V，更优选36-48V。实施例I
采用由江苏亿隆新能源科技发展有限公司生产的B-203压电陶瓷片，厚度O. 25mm。按图3在压电陶瓷片210上施加190V的正向电压、同时在压电陶瓷片220上施加36V的负向电压。采用在选针头端悬挂砝码进行测力，在使选针头端不下沉时施加的最大砝码质量为
8.8 克。实施例2
采用由江苏亿隆新能源科技发展有限公司生产的B-203压电陶瓷片，厚度O. 25mm。按图3在压电陶瓷片210上施加190V的正向电压、同时在压电陶瓷片220上施加48V的负向电压。采用在选针头端悬挂砝码进行测力，在使选针头端不下沉时施加的砝码的最大质量为9. 2克。比较例I
采用由江苏亿隆新能源科技发展有限公司生产的B-203压电陶瓷片，厚度O. 25mm。按图3仅在压电陶瓷片210上施加190V的正向电压。采用在选针头端悬挂砝码进行测力，在使选针头端不下沉时施加的砝码最大为8克。由实施例1、2和比较例I测得的结果可知，本发明的选针器压电陶瓷双驱动系统相比现有技术可获得显著增大的摆动力度。实施例3
采用由江苏亿隆新能源科技发展有限公司生产的B-203压电陶瓷片，厚度O. 25mm。按图3在压电陶瓷片210上施加160V的正向电压、同时在压电陶瓷片220上施加48V的负向电压。采用在选针头端悬挂砝码进行测力，在使选针头端不下沉时施加的砝码最大为8. 5g。由实施例3、比较例I测得的结果可知，本发明的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统相比现有技术可施加更低的正向电压，但通过施加反向电压也可得到近似甚至更大的摆动力度。这种结果表明，本发明中的选针器压电陶瓷双驱动系统可降低施加到电压陶瓷片上的电压，从而提高压电陶瓷片的安全性和使用寿命。需要强调指出的是，选针器压电陶瓷驱动片同时施加正向电压和负向电压，可以通过调整负向电压的大小调整压电陶瓷驱动片的摆动力度，从而使纺织机械达到最佳性能成为可能。虽然上述实施例仅针对具体的压电陶瓷片，但对于本领域技术人员来说，采用其它的压电陶瓷片同样可以用来实施本发明。基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定 细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。
权利要求
1.一种选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统，包括双晶片压电陶瓷驱动片、基座、电源， 其特征在于，所述电源包括在同一时间段内为其中的一个压电陶瓷片提供正向电场的电源，和为另一个压电陶瓷片提供负向电场的电源，其中所述负向电场低于所述另一个压电陶瓷片的矫顽电场。
2.根据权利要求I所述的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统，其特征在于，所述负向电场为20-70V。
3.根据权利要求2所述的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统，其特征在于，所述负向电场为24-60V。
4.根据权利要求3所述的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统，其特征在于，所述负向电场为36-48V。
5.根据权利要求1-4任一项所述的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统，其特征在于， 还包括电源控制器，所述电源控制器使得交替地在所述压电陶瓷驱动片的一个压电陶瓷片上施加正向电场和负向电场，同时交替地在所述压电陶瓷驱动片的另一个压电陶瓷片上施加负向电场和正向电场。
6.根据权利要求5所述的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统，其特征在于，所述电源控制器可使施加的负向电场在20-70V的范围内调节。
7.一种选针器压电陶瓷驱动片的驱动方法，所述方法包括为所述压电陶瓷驱动片的一个压电陶瓷片施加正向电场；和同时为所述压电陶瓷驱动片的另一个压电陶瓷片施加反向电场，其中所述负向电场低于所述另一个压电陶瓷片的矫顽电场。
8.根据权利要求7所述的选针器压电陶瓷驱动片的驱动方法，其特征在于，还包括一电源控制器，所述电源控制器使得交替地在所述压电陶瓷驱动片的一个压电陶瓷片上施加正向电场和负向电场，同时交替地在所述压电陶瓷驱动片的另一个压电陶瓷片上施加负向电场和正向电场。
9.根据权利要求8所述的选针器压电陶瓷驱动片的驱动方法，其特征在于，所述负向电场为20-70V。
10.根据权利要求8所述的选针器压电陶瓷驱动片的驱动方法，其特征在于，所述电源控制器可使施加的负向电场在20-70V的范围内调节。
全文摘要
本发明涉及一种选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统。本发明中的选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统包括双晶片压电陶瓷驱动片、基座、电源，其特征在于，所述电源包括在同一时间段内为其中的一个压电陶瓷片提供正向电场的电源，和为另一个压电陶瓷片提供负向电场的电源，其中所述负向电场低于所述另一个压电陶瓷片的矫顽电场。本发明还提供了一种选针器压电陶瓷驱动片的驱动方法。本发明的优点在于在为压电陶瓷驱动片的而其中一个压电陶瓷片施加正向电场的同时，为另一压电陶瓷片施加负向电场，不但可以增加压电陶瓷片的摆动力度，而且可以适当降低施加的正向电场，从而提高施加正向电场的压电陶瓷片的安全性和使用寿命。
文档编号D04B15/66GK102691164SQ201210200709
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者王毅君, 芮国林 申请人:王毅君, 芮国林