[发明专利]基于面内模态的板式直线压电电机的工作方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于面内模态的板式直线压电电机的工作方式，属压电致动器技术领域。

背景技术

压电致动器一种利用压电陶瓷的逆压电效应，将电压信号转换成应变信号，从而输出驱动力的一种作动器。该种作动器具有体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、低噪声、无电磁干扰、位置和速度控制性好等特点，在工业自动化控制、光学精密仪器、生物医疗、航空航天、汽车专用电器、智能机器人等领域有着广泛的应用前景。

专利文献1 “PIEZOELECTRIC ACTUATOR FOR AN ULTRASONIC MOTOR”（应用于压电电机的压电作动器），专利号：US20100013353。 此专利文献中，压电陶瓷振动器利用单振动模态的非对称激励在其驱动足上产生斜线振动，从而输出驱动力。此种方式，其驱动足磨损较为严重，从而使压电致动器的寿命缩短。

发明内容

本发明旨在研制一种结构简单、响应速度快、更适于微型化的基于面内模态的板式直线压电电机的工作方式。

一种基于面内模态的板式直线压电电机的工作方式，该电机包括定子组件、动子组件；其特征在于：所述定子组件包括金属薄板，还包括两块粘贴在该金属薄板正面并沿中心线对称分布的单向极化矩形压电陶瓷片或四块粘贴在该金属薄板正面和反面的并沿金属薄板中心线对称分布单向极化矩形压电陶瓷片；还包括位于金属薄板与动子组件相对应的表面上且处于上述中心线上的驱动足；上述单向极化矩形压电陶瓷片极化方向均为由外侧指向金属薄板；所述动子组件包括滑条和摩擦片；该压电电机还包括用于提供定子组件中的驱动足和动子组件中的摩擦片之间预压力的弹簧元件。其工作方式，其特征在于包括以下过程：对于共有四片单向极化矩形压电陶瓷片的情况：金属薄板接地，四片单向极化矩形压电陶瓷片分成两组压电陶瓷片，其中位于金属薄板中心线同一侧的分别贴在金属薄板正面和反面的一对单向极化矩形压电陶瓷片称为一组压电陶瓷片，两组压电陶瓷片外表面分别输入E=Vsinωt和E=Vcosωt驱动信号，则定子组件的纵向振动和面内的弯曲振动被同时激发出来且具有90度相位差，驱动足上会产生平面内的椭圆运动，在一定预压力的作用下，可推动滑条产生直线运动；对于共有两片单向极化矩形压电陶瓷片的情况：金属薄板接地，两片单向极化矩形压电陶瓷片外表面分别输入E=Vsinωt和E=Vcosωt驱动信号，则定子组件的纵向振动和面内的弯曲振动被同时激发出来且具有90度相位差，驱动足上会产生平面内的椭圆运动，在一定预压力的作用下，可推动滑条产生直线运动。

一种基于面内模态的板式直线压电电机的工作方式，该电机包括定子组件、动子组件；其特征在于：所述定子组件包括单块单向极化两分区方形压电陶瓷块，极化方向由该压电陶瓷块沿厚度方向上的上表面指向下表面，两分区沿该压电陶瓷块中心线左右对称；还包括位于单向极化两分区方形压电陶瓷块与动子组件相对应的表面上且处于上述中心线上的驱动足；所述动子组件包括滑条和摩擦片；该压电电机还包括用于提供定子组件中的驱动足和动子组件中的摩擦片之间预压力的弹簧元件。其工作方式，其特征在于包括以下过程：对于单块单向极化两分区方形压电陶瓷块的情况：单向极化两分区方形压电陶瓷块上表面的两个分区分别输入E=Vsinωt和E=Vcosωt驱动信号，单向极化两分区方形压电陶瓷块下表面接地，则定子组件的纵向振动和面内的弯曲振动被同时激发出来且具有90度相位差，驱动足上会产生平面内的椭圆运动，在一定预压力的作用下，可推动滑条产生直线运动。

所述驱动足为方柱形、半圆球形、圆柱形或三角块形结构。

本发明的利用面内模态的直线压电电机的作动单元为单定子结构，利用弹性体的两种振动模态的相互耦合作用来实现驱动足的椭圆运动，通过摩擦力的作用，把运动传递出去。