模态解耦三分区压电陶瓷单或双足超声电机及其激励方式制造技术

一种模态解耦三分区压电陶瓷单或双足超声电机及其激励方式，属超声电机类。该电机由板形定子和一直线导轨组成，所述板形定子包括单或双驱动足(由耐磨材料制成)和振子主体(由压电陶瓷制成)两部分，所述导轨由预压力压在单或双驱动足上。振子主体有两小一大共三个极化分区：其中两小极化分区构成A相，用于单独激励定子的二阶弯振模态；一大极化分区构成B相，用于单独激励定子的一阶纵振模态。用两路相位差为π/2的正弦信号同时激励定子的二阶弯振和一阶纵振模态，使定子单或双驱动足端面上产生椭圆运动，经摩擦作用驱动导轨。该电机设计有三种类型：力与速度均衡型、力侧重型和速度侧重型。相对于现有超声电机，该电机有更广泛的应用范围。的应用范围。的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
模态解耦三分区压电陶瓷单或双足超声电机及其激励方式


[0001]本专利技术属于超声电机领域，特别是涉及模态解耦三分区压电陶瓷单或双足超声电机及其激励方式。

技术介绍

[0002]超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应进行工作的新型动力输出装置。与传统电磁电机相比，超声电机具有低速大力矩，瞬态相应快，定位精度高，控制特性好，不产生磁场也不受磁场影响等优点，在精密驱动，芯片制造，医疗器械，汽车，航空航天等领域有着广泛的应用前景。
[0003]经对现有振子主体为压电陶瓷材料的板形超声电机的文献检索发现，专利权人为Nanomotion Ltd且专利号为5453653的美国专利《Ceramic Motor》详细描述了一种单驱动足板形超声电机，这种单驱动足板形超声电机具有以下典型特征：电机的定子整体呈板形，包括振子主体和单驱动足两部分；其中振子主体为压电陶瓷材料构成的长方体，其上有四个均布的极化分区，四个均布的极化分区沿厚度方向极化且极化方向相同，对角线分布的两个极化分区电气连接构成振子主体的一相，从而构成振子主体A、B两相；单驱动足由耐磨材料构成，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模态解耦三分区压电陶瓷单足超声电机，即为一种模态解耦三分区压电陶瓷单或双足超声电机的两种设计结构之一的“单驱动足结构”，其特征在于：所述单足超声电机由单足板形定子和动子构成，所述动子为一直线导轨(6)，所述单足板形定子由振子主体(1)和单驱动足(5
‑
1)两部分组成；所述振子主体(1)为压电陶瓷材料构成的长方体，所述振子主体(1)上有两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)以及一个大极化分区(4)共三个极化分区，所述单足板形定子的单驱动足(5
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1)由耐磨材料构成且通过粘接或焊接或烧结与振子主体(1)结合为一体，所述导轨(6)在预压力的作用下压在单足板形定子的单驱动足(5
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1)上；所述振子主体(1)上极化分区的特征在于：振子主体(1)的小极化分区一的极化方向(7)、小极化分区二的极化方向(8)和大极化分区的极化方向(9)为沿振子主体(1)的厚度方向进行极化，其中小极化分区一的极化方向(7)与小极化分区二的极化方向(8)相反，大极化分区的极化方向(9)与小极化分区一的极化方向(7)或小极化分区二的极化方向(8)相同；沿振子主体(1)的厚度方向有两个表面，分别为厚度方向前表面(10)和厚度方向后表面(11)；在厚度方向前表面(10)上，烧结有三块相互绝缘的银层电极，分别为对应于小极化分区一的银层电极(12)、对应于小极化分区二的银层电极(13)和对应于大极化分区的银层电极(14)；在厚度方向后表面(11)上，烧结有一整块的银层电极(15)。2.根据权利要求书1所述模态解耦三分区压电陶瓷单足超声电机，其特征在于：直线导轨(6)水平放置，即直线导轨(6)运动方向为水平方向；所述单足超声电机的振子主体(1)上三个极化分区有以下四种分布方式，分别对应所述单足超声电机的四个实施例；单足超声电机的分布方式一，即单足超声电机的第一实施例：两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)位于振子主体(1)的左侧且上下排列，另一个大极化分区(4)位于振子主体(1)的右侧且单独成列；单足超声电机的分布方式二，即单足超声电机的第二实施例：两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)位于振子主体(1)的右侧且上下排列，另一个大极化分区(4)位于振子主体(1)的左侧且单独成列；单足超声电机的分布方式三，即单足超声电机的第三实施例：两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)位于振子主体(1)的上部且左右排列，另一个大极化分区(4)位于振子主体(1)的下部且单独成行；单足超声电机的分布方式四，即单足超声电机的第四实施例：两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)位于振子主体(1)的下部且左右排列，另一个大极化分区(4)位于振子主体(1)的上部且单独成行。3.一种模态解耦三分区压电陶瓷双足超声电机，即为一种模态解耦三分区压电陶瓷单或双足超声电机的两种设计结构之二的“双驱动足结构”，其特征在于：所述双足超声电机由双足板形定子和动子构成，所述动子为一直线导轨(6)，所述双足板形定子由振子主体(1)和双驱动足(5
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2)两部分组成；所述振子主体(1)为压电陶瓷材料构成的长方体，所述振子主体(1)上有两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)以及一个大极化分区(4)共三个极化分区，所述双足板形定子的双驱动足(5
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2)由耐磨材料构成且通过粘接或焊接或烧结与振子主体(1)结合为一体，所述导轨(6)在预压力的作用下压在双足板形定子的双驱动足(5
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2)上。
4.根据权利要求书3所述模态解耦三分区压电陶瓷双足超声电机，其特征在于：直线导轨(6)水平放置，即直线导轨(6)运动方向为水平方向；所述双足超声电机的振子主体(1)上三个极化分区有以下四种分布方式，分别对应所述双足超声电机的四个实施例；双足超声电机的分布方式一，即双足超声电机的第一实施例：两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)位于振子主体(1)的上部且左右排列，另一个大极化分区(4)位于振子主体(1)的下部且单独成行；双足超声电机的分布方式一，即双足超声电机的第二实施例：两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)位于振子主体(1)的下部且左右排列，另一个大极化分区(4)位于振子主体(1)的上部且单独成行；双足超声电机的分布方式一，即双足超声电机的第三实施例：两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)位于振子主体(1)的左侧且上下排列，另一个大极化分区(4)位于振子主体(1)的右侧且单独成列；双足超声电机的分布方式一，即双足超声电机的第四实施例：两个大小相同的小极化分区一(2)和小极化分区二(3)位于振子主体(1)的右侧且上下排列，另一个大极化分区(4)位于振子主体(1)的左侧且单独成列。5.根据权利要求1和2所述模态解耦三分区压电陶瓷单足超声电机的激励方式，其特征在于：所述振子主体(1)厚度方向后表面(11)上烧结的一整块银层(15)用于接地；位于振子主体(1)厚度方向前表面(10)上，对应于小极化分区一的银层电极(12)和对应于小极化分区二的银层电极(13)相连接构成电机的A相(16)，仅用于激发定子产生二阶弯振模态(18)，且仅用于提供单驱动足(5
‑
1)的切向振动分量；位于振子主体(1)厚度方向前表面(10)上，对应于大极化分区的银层电极(14)单独构成电机的B相(17)，仅用于激发定子产生一阶纵振模态(19)，且仅用于提供单驱动足(5
‑
1)的法向振动分量；这使得所述单足超声电机的二阶弯振模态(18)和一阶纵振模态(19)在控制上是相互解耦的，即模态解耦。6.根据权利要求5所述的模态解耦三分区压电陶瓷单足超声电机的激励方式，其特征在于：驱动电机工作的两个正交工作模态分别为定子的二阶弯振模态(18)和一阶纵振模态(19)；通过结构设计使得定子的二阶弯振模态(18)和一阶纵振模态(19)具有较好的频率一致性，即一阶纵振模态(19)的共振频率ω
z
和二阶弯振模态(18)的共振频率ω
w
符合|ω
z
‑
ω
w
|≤200Hz；两个正交工作模态激励信号的频率为ω0，ω0接近ω
z
和ω
w
，当电机的A相(16)输入频率为ω0的连续正弦波激励信号，用于单独激发定子产生二阶弯振模态(18)；同时电机的B相(17)输入频率为ω0但与A相(16)输入信号的相位差为90
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乾伟，任小艳，孟靖智，孟妍妮，李鸿秋，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：