采用复合激励方式的多自由度压电陶瓷棒状微马达

摘要

本发明公开了属于精密机械中的压电微电机技术领域的基于弯曲振动模式的一种采用复合激励方式的多自由度压电陶瓷棒状微马达。是根据压电陶瓷棒的一阶伸缩振动模态谐振频率和前两阶弯曲振动模态的谐振频率可出现相同点，陶瓷棒在谐振频率相同点的两种振动模态的共同作用下，陶瓷棒顶端会形成一个椭圆运动；利用一阶或二阶复合振动模态激励方式制成两个自由度的平面驱动器结构的压电陶瓷棒状微马达，利用一阶或二阶复合振动模态激励方式加上弯曲振动模态激励方式制成三个自由度的球驱动器结构的压电陶瓷棒状微马达。本发明的马达具有尺寸微小，结构简单，压电微马达的直径在0.5到10mm之间。并且具有大力矩，快速响应等特点，应用前景比较广阔。

主权项

1.一种采用复合激励方式的多自由度压电陶瓷棒状微马达的复合激励方式，其特征在于：所述复合激励方式是根据压电陶瓷棒定子具有的各阶弯曲振动模态和伸缩振动模态随着陶瓷棒的高度、直径和材料的变化以及金属匹配块的形状和材料的变化，一阶伸缩振动模态谐振频率和前两阶弯曲振动模态的谐振频率可能出现相同点，于是利用相同的谐振频率来实现激励陶瓷棒的复合振动模态；在实测中，通过在0-10mm范围内改变陶瓷棒的高度和直径尺寸，出现了陶瓷棒的伸缩振动频率和弯曲振动模态振动频率的两个谐振频率，陶瓷棒在这相同谐振频率的两种振动模态的共同激励作用下，陶瓷棒顶端会形成一个椭圆运动；其激励方式有一阶复合振动模态和二阶复合振动模态：所述一阶复合振动模态是由四电极法实现的，即在陶瓷圆周均匀分布四个电极A、B、C和D。极化时，A、C接正极，B、D接地线，于是陶瓷极化时就分成了α、β、γ和δ四个区，各区电畴方向与极化方向相同；驱动时，在四个电极A、B、C、D上分别加Sin(wt)、Cos(wt)、-Cos(wt)、-Sin(wt)信号电压，在一个周期的四个阶段内，陶瓷棒处于一阶弯曲模态和伸缩振动模态复合起来的一阶复合振动模态，顶端会形成一个椭圆运动；所述二阶复合振动模态是由八电极法实现的，即将陶瓷沿圆周均匀分布4个电极A、B、C、D，将电极A、C接入高压直流电，将B、D接入地线，按照正常的极化方式极化，然后电极在中间切断，分成A1、B1、C1、D1和A2、B2、C2、D2，并且在A1、C2上加Sin(wt)信号电压，在B1、D2上加Cos(wt)信号电压，在C1、A2上加-Cos(wt)信号电压，在D1、B2上加-Sin(wt)信号电压，在一个周期的四个阶段内，陶瓷棒处于二阶弯曲模态和伸缩振动模态复合起来的二阶复合振动模态，二阶复合振动模态可以在陶瓷棒顶端相互垂直的两个平面上形成一个椭圆运动。