[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

技術領域：

本發明的減摩并模態驅動的塔形壓電電機及其驅動方式，屬壓電電機領域。

背景技術：

壓電電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應進行工作的新型動力輸出裝置。其中，直線壓電電機屬于壓電電機的一種。與傳統電磁電機相比，壓電電機具有低速大力矩，瞬態響應快，定位精度高，控制特性好，不產生磁場也不受磁場影響等優點，在精密驅動，醫療器械，汽車，航空航天等領域有著廣泛的應用前景。

經對現有塔形壓電電機的文獻檢索發現，專利發明人為黃衛清、陳乾偉且專利授權號為ZL?200910184873.1的中國專利《塔形直線超聲電機及電激勵方式》詳細描述了一種粘貼片式塔形直線壓電電機，這種塔形壓電電機具有以下典型特征：該電機由塔形定子和動子組成，其中塔形定子包括塔形金屬體和兩相共六片壓電陶瓷兩部分，其中動子由預壓力壓在塔形金屬體的驅動足上。塔形金屬體由一個驅動足、一個柔性放大圓孔和兩個矩形柱構成，兩相共六片壓電陶瓷對稱地粘貼在塔形金屬體的外表面。塔形定子設計有兩個正交工作模態：x－z面內彎曲振動模態和y－z面內含局部彎振的對稱振動模態，用兩路相位差為π/2的正弦信號同時激勵塔形定子的兩個正交工作模態，使塔形定子的驅動足端面上產生橢圓運動，經摩擦作用推動動子正反向運動。

經對現有減摩并模態驅動壓電電機的文獻檢索發現，專利發明人為陳乾偉、鞠全勇和郭語且專利申請號為CN201310351594.6的中國專利《雙模態并減摩驅動的單驅動足板形壓電電機及其工作模式》詳細描述了一種振子主體材料為壓電陶瓷的單驅動足板形壓電電機；這種板形壓電電機最典型的特征：它是基于減摩驅動與模態驅動相結合的驅動機理進行工作的。

在背景技術中的上述若干壓電電機雖然具有模態驅動原理和減摩驅動原理等值得稱道之處，但都存在各自的不足。

????專利發明人為黃衛清、陳乾偉且專利授權號為ZL?200910184873.1的中國專利《塔形直線超聲電機及電激勵方式》所描述的粘貼片式塔形直線壓電電機的不足之處在于：該壓電電機采用的是兩正交模態驅動，屬于很成熟的設計方案；但是從科技進步的角度來看，應該在該專利所描述的粘貼片式塔形直線壓電電機的雙模態驅動機理的基礎上，融入其它驅動機理，用于研發新型的壓電電機。解決此不足之處的辦法：在模態驅動原理的基礎上，有機地融入減摩驅動原理，用于研發新型的壓電電機。

專利發明人為陳乾偉、鞠全勇和郭語且專利申請號為CN201310351594.6的中國專利《雙模態并減摩驅動的單驅動足板形壓電電機及其工作模式》所描述的板形壓電電機的不足之處在于：該壓電電機的雙模態并減摩驅動機理中的雙模態驅動部分采用的是一階縱振和二階彎振相組合的兩正交模態驅動，由于雙模態驅動部分的一階縱振和二階彎振特定的組合方式，以及的板形壓電電機特定的結構形式，限制了該壓電電機的適用范圍。解決此不足之處的辦法：采用兩個新的正交模態進行組合，進行新組合的模態驅動；采用與兩個新的正交模態相適應的新的電機結構形式。

發明內容：

本發明針對現有技術的不足，提出一種減摩并模態驅動、可實現正反向運動、結構簡單、推重比大、激振效率高、振動能利用率高、響應速度快的塔形壓電電機及其驅動方式。

為達此目的，本發明提供一種減摩并模態驅動的塔形壓電電機，塔形電機由塔形定子和動子構成，其中動子為一直線導軌，所述直線導軌在預壓力的作用下壓在塔形定子的驅動足上；塔形定子由塔形金屬體和三相共十片壓電陶瓷兩部分組成，其中塔形金屬體由一個驅動足、一個柔性放大圓孔、左矩形柱和右矩形柱構成，三相共十片壓電陶瓷對稱地粘貼在塔形金屬體的外表面；三相共十片壓電陶瓷包括A相、B相和C相共三相壓電陶瓷，其中A相壓電陶瓷包含兩片壓電陶瓷，分別為第一壓電陶瓷和第二壓電陶瓷；B相壓電陶瓷包含四片壓電陶瓷，分別為第三壓電陶瓷、第四壓電陶瓷、第五壓電陶瓷和第六壓電陶瓷；C相壓電陶瓷包含四片壓電陶瓷，分別為第七壓電陶瓷、第八壓電陶瓷、第九壓電陶瓷和第十壓電陶瓷；塔形定子的A相和B相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，塔形定子的C相用于減摩驅動。

作為本發明的減摩并模態驅動的塔形壓電電機，其驅動方式有共振和非共振兩種驅動方式，在共振驅動方式，塔形定子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，塔形定子在強迫振動并減摩驅動下工作，推動導軌正反向運動。