[發明專利]一種微小型兩自由度超聲電機及其驅動方法

在審

• 申請號: 202110604750.X
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113193780A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 黃虎;李軒;徐智
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/06
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明涉及一種微小型兩自由度超聲電機及其驅動方法，該微小型兩自由度超聲電機包括基座、x軸運動單元、y軸運動單元和載物臺，其中x軸運動單元固定連接在基座上，y軸運動單元固定連接在x軸運動單元的從動件上，載物臺固定連接在y軸運動單元的從動件上。驅動方法是：x軸運動單元與y軸運動單元的運動互相獨立，驅動方法一致，通過控制x軸運動單元與y軸運動單元的壓電疊堆的超聲激勵信號，在x軸和y軸分別可以實現合成鋸齒波，從而產生兩個軸的獨立運動。優點在于：裝置結構微型化、驅動方法簡單、速度快、精度高、成本低、易于集成，可用作手機內置相機防抖裝置，在微型設備等應用空間受限的使用場合具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及微特電機技術領域，特別涉及一種微小型兩自由度超聲電機及其驅動方法，該超聲電機結構簡單、尺寸小，輸出力大、且驅動方法簡單，適用于微小空間內物體的精密定位以及驅動。

背景技術

超聲電機因具有低速大轉矩、噪聲小、響應快、不受電磁干擾等特點，在航空航天工程、光學工程、精密儀器等領域得到了廣泛的應用，對于微型化超聲電機來說，壓電陶瓷薄片具有設計靈活的優點，常用作微型超聲電機的驅動源，然而壓電陶瓷薄片基于機電耦合效率低的d31模式工作，輸出能力受限；且目前的超聲電機大多是基于超聲激發彈性體共振而實現相應驅動的，這種方式結構設計復雜、且運動不穩定；這些問題限制了微型超聲電機的實際應用發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微小型兩自由度超聲電機及其驅動方法，利用壓電疊堆作為驅動源，在保證了結構微型化的基礎上，具有更優異、穩定的輸出能力，具有兩自由度輸出的能力，能夠滿足微小空間內對于物體的平面精密定位。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種微小型兩自由度超聲電機，其特征在于：由基座1、x軸運動單元2、y軸運動單元3和載物臺4組成；所述的x軸運動單元2通過壓電疊堆a2-1固定連接在基座1上；所述的y軸運動單元3通過壓電疊堆c3-1固定連接在x軸運動單元2的從動件a2-4上；所述的載物臺4固定連接在y軸運動單元3的從動件b3-4上；所述的載物臺4可以做成外部矩形、內部中空環形的結構，以搭載微型攝像頭，并將一種微小型兩自由度超聲電機集合到手機、無人機等設備中，可以實現攝像防抖功能。

所述的基座1由凸臺a1-1、中空腔體1-2、凸臺b1-3組成，凸臺a1-1和凸臺b1-3的作用是承載x軸運動單元2和y軸運動單元3；中空腔體的作用是適應更多不同類型的被驅目標物體。

所述的x軸運動單元2由壓電疊堆a2-1、壓電疊堆b2-2、連接桿a2-3、從動件a2-4組成，所述的壓電疊堆b2-2粘結在壓電疊堆a2-1上，所述的連接桿a2-3粘結在壓電疊堆b2-2上，所述的從動件a2-4以自適應預緊的方式安裝在連接桿a2-3上。

所述的y軸運動單元3由壓電疊堆c3-1、壓電疊堆d3-2、連接桿b3-3、從動件b3-4組成，所述的壓電疊堆d3-2粘結在壓電疊堆c3-1上，所述的連接桿b3-3粘結在壓電疊堆d3-2上，所述的從動件b3-4以自適應預緊的方式安裝在連接桿b3-3上。

本發明的另一目的在于提供一種微小型兩自由度超聲電機的驅動方法，主要包括以下步驟：

a)給x軸運動單元2的壓電疊堆a2-1施加的正弦電信號，使得壓電疊堆a2-1產生正弦機械振動，同時給壓電疊堆b2-2施加的正弦電信號，使得壓電疊堆b2-2產生正弦機械振動，壓電疊堆a2-1與壓電疊堆b2-2的振動耦合，使得連接桿a2-3上產生類鋸齒波機械振動，連接桿b2-3將以粘滑驅動原理驅動從動件a2-4產生沿x軸的步進運動；

b)通過控制壓電疊堆a2-1和壓電疊堆b2-2的激勵信號的幅值A、B和相位可以實現運動速度以及運動正反向的調節；y軸運動單元3的驅動方法與x軸運動單元2的一致，可以給兩者通以獨立或者有關聯的激勵信號，以實現兩個自由度的獨立運動或者聯動。