[发明专利]单模态并减摩驱动的单驱动足板形压电电机及其工作模式

说明书

技术领域：

本发明的单模态并减摩驱动的单驱动足板形压电电机及其工作模式，属压电电机领域。

背景技术：

压电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。其中，直线压电电机属于压电电机的一种。与传统电磁电机相比，压电电机具有低速大力矩，瞬态响应快，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，医疗器械，航空航天等领域有着广泛的应用前景。 

经对现有单驱动足板形压电电机的文献检索发现，专利权人为Physik-Instrumente(PI)且专利号为6765335B2的美国专利《Piezoelectric adjusting element》详细描述了一种单驱动足板形压电电机及其多种实施结构。经检索又发现，Oleksiy Vyshnevskyy，Sergej Kovalev和 Wladimir Wischnewskiy在《Ieee transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control》 （2005年第52卷第11期第2047—2053页）发表的《A Novel, Single-Mode Piezoceramic Plate Actuator for Ultrasonic Linear Motors》，该文献成功试制了上述Physik-Instrumente(PI)单驱动足板形压电电机的一种实施结构，并通过实验给出了这种实施结构的Physik-Instrumente(PI)单驱动足板形压电电机的性能数据。这种实施结构的Physik-Instrumente(PI)单驱动足板形压电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；其中由压电陶瓷材料构成的振子主体呈长方体，其上有两个极化分区；由耐磨材料构成的单驱动足通过粘接与振子主体结合为一体；这种单驱动足板形压电电机工作在共振状态，在单模态驱动下定子驱动足表面质点的运动轨迹为斜直线，由于斜直线运动轨迹可以看成是椭圆运动轨迹中法向运动与切向运动之间相位差为0的特例，因此斜直线运动轨迹的单模态驱动也可以视为双模态驱动中法向运动模态与切向运动模态之间相位差为0的特例；定子在斜直线运动轨迹的单模态驱动下工作，从而推动导轨正反向运动。和上述实施结构相比，Physik-Instrumente(PI)单驱动足板形压电电机的其它实施结构除了在结构形式上存在一定的差异，它们的工作原理基本相同。经检索又发现，科学出版社2007年9月出版的专著《超声电机技术与应用》（赵淳生著）一书中提到了文献《A Novel, Single-Mode Piezoceramic Plate Actuator for Ultrasonic Linear Motors》所述的这种实施结构的Physik-Instrumente(PI)单驱动足板形压电电机，这种电机已经被成功地广泛应用在精密驱动等领域。

经对现有减摩驱动压电电机的文献检索发现，专利发明人为周铁英和董蜀湘且专利公开号为CN1043225A的中国专利《环形三迭片压电超声振子及用其钳位的超声微动马达》详细描述了一种减摩驱动压电电机，这种减摩驱动压电电机具有以下典型特征：其背景技术是基于交替钳位驱动原理的钳位式直线压电电机，如1978年美国Burleigh公司研制的钳位式微蠕动压电电机，旨在降低高的钳位工作电压，延长电机的使用寿命；由背景技术的交替钳位驱动原理进化到周铁英等提出的减摩驱动压电电机的交替减摩驱动原理；交替减摩驱动原理具体体现于在两个钳位振子上交替施加一频率为钳位振子谐振频率的电压信号，使得两个钳位摩擦副之间的摩擦阻力随着谐振电压信号的交替施加由静摩擦力→动摩擦力→静摩擦力→动摩擦力→...... 交替变化，即通过施加谐振电压信号降低钳位摩擦副之间的摩擦系数并进而降低钳位摩擦副之间的摩擦阻力；周铁英等提出的减摩驱动压电电机工作在非共振状态，当压电电机的驱动元件非共振周期性地伸长和缩短时，驱动足表面质点的运动轨迹为水平直线，此时如果不在某个钳位振子上施加减摩驱动信号，则两个钳位摩擦副的摩擦阻力相等，即仅依靠驱动元件非共振周期性地伸长和缩短不能够驱动电机运行，必须在某个钳位振子上施加减摩驱动信号以造成两个钳位摩擦副的摩擦阻力不相等；当周铁英等提出的减摩驱动压电电机的驱动元件非共振周期性地伸长和缩短，同时在两个钳位振子上配合驱动元件交替施加一频率为钳位振子谐振频率的减摩驱动信号，将会驱动动子实现定向运动。