[發明專利]減摩并模態驅動的塔形壓電電機及其驅動方式

在審

• 申請號: 201510078622.0
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104617812A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 陳乾偉;周擴建;付香梅
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種減摩并模態驅動的塔形壓電電機，其特征在于：塔形電機由塔形定子（1）和動子（2）構成，其中動子（2）為一直線導軌，所述直線導軌（2）在預壓力的作用下壓在塔形定子（1）的驅動足（5）上；塔形定子（1）由塔形金屬體（3）和三相共十片壓電陶瓷（4）兩部分組成，其中塔形金屬體（3）由一個驅動足（5）、一個柔性放大圓孔（6）、左矩形柱（7）和右矩形柱（8）構成，三相共十片壓電陶瓷（4）對稱地粘貼在塔形金屬體（3）的外表面；三相共十片壓電陶瓷（4）包括A相（20）、B相（21）和C相（22）共三相壓電陶瓷，其中A相壓電陶瓷（20）包含兩片壓電陶瓷，分別為第一壓電陶瓷（9）和第二壓電陶瓷（10）；B相壓電陶瓷（21）包含四片壓電陶瓷，分別為第三壓電陶瓷（11）、第四壓電陶瓷（12）、第五壓電陶瓷（13）和第六壓電陶瓷（14）；C相壓電陶瓷（22）包含四片壓電陶瓷，分別為第七壓電陶瓷（15）、第八壓電陶瓷（16）、第九壓電陶瓷（17）和第十壓電陶瓷（18）；塔形定子（1）的A相（20）和B相（21）用于共振驅動方式下的模態驅動或非共振驅動方式下的強迫振動驅動，塔形定子（1）的C相（22）用于減摩驅動。

2.根據權利要求1所述的減摩并模態驅動的塔形壓電電機的驅動方式，其特征在于：所述電機設計有共振和非共振兩種驅動方式，在共振驅動方式，塔形定子（1）在模態并減摩驅動下工作，推動導軌正反向運動；在非共振驅動方式，塔形定子（1）在強迫振動并減摩驅動下工作，推動導軌正反向運動。

3.根據權利要求2所述的減摩并模態驅動的塔形壓電電機的驅動方式，其特征在于：在共振驅動方式，驅動電機工作的雙模態為兩個正交工作模態，分別為塔形定子（1）的x-z面內對稱振動模態（24）和y-z面內二階彎振模態（25）；

其中x-z面內對稱振動模態（24）由分別貼在左矩形柱（7）側面和右矩形柱（8）側面的第一壓電陶瓷（9）和第二壓電陶瓷（10）激發，當定子以x-z面內對稱振動模態（24）振動時，左矩形柱（7）和右矩形柱（8）產生局部彎振，并帶動驅動足（5）產生局部縱振；

其中y-z面內二階彎振模態（25）由分別貼在左矩形柱（7）和右矩形柱（8）前、后表面的第三壓電陶瓷（11）、第四壓電陶瓷（12）、第五壓電陶瓷（13）和第六壓電陶瓷（14）激發，當定子以y-z面內二階彎振模態（25）振動時，驅動足（5）產生水平振動；

由于塔形定子（1）的x-z面內對稱振動模態（24）和y-z面內二階彎振模態（25）分別由不同的壓電陶瓷片組進行激發，?x-z面內對稱振動模態（24）和y-z面內二階彎振模態（25）在控制上是解耦的，進而實現對塔形壓電電機的法向振動和切向振動進行相互獨立地控制；

所述塔形定子（1）的x-z面內對稱振動模態（24）和y-z面內二階彎振模態（25）具有頻率一致性，即x-z面內對稱振動模態（24）的共振頻率和y-z面內二階彎振模態（25）的共振頻率符合；兩個正交工作模態激勵信號的頻率為，接近和；

當上述兩個正交工作模態具有頻率一致性時，通以π/2相位差的兩路頻率為的同頻正弦信號，接近和，塔形定子（1）的兩個正交工作模態將會被同時激發出來，使塔形定子（1）的驅動足（5）端面產生橢圓運動，推動壓在驅動足（5）上的動子（2）運動；動子（2）運動的正、反方向可由兩相正弦信號的相位差確定：π/2相位差使動子（2）正向運動、－π/2相位差使動子（2）反向運動；

同時以減摩方式驅動電機工作的為驅動足局部強迫縱振或驅動足局部強迫彎振或驅動足局部縱振模態或驅動足局部彎振模態，由分別貼在驅動足（5）下方前、后、左、右表面的第七壓電陶瓷（15）、第八壓電陶瓷（16）、第九壓電陶瓷（17）和第十壓電陶瓷（18）激發，減摩驅動激勵信號的頻率為，。