[发明专利]减摩并模态驱动的斜动子V形压电电机及其驱动方式

权利要求书

1.一种减摩并模态驱动的斜动子V形压电电机，其特征在于：V形电机由V形定子（1）和倾斜动子（2）构成，其中倾斜动子（2）为一倾斜安装角（3）为θ度的直线导轨，所述直线导轨（2）在预压力的作用下压在V形定子（1）的驱动足（11）上；所述的V形定子（1）包括两个相同的压电振子：左压电振子（4）和右压电振子（5）；每个压电振子依次包括后端盖（7）、压电陶瓷（8）、电极片（9）和前端盖（10），其中压电陶瓷（8）置于前端盖（10）与后端盖（7）之间以及驱动足（11）附近，电极片（9）置于前端盖（10）与后端盖（7）之间的每两片压电陶瓷（8）之间，前端盖（10）与后端盖（7）通过压紧螺栓（6）联结并压紧固定，两个压电振子的前端盖（10）上端部联结为一体形成驱动足（11）；上述两个相同的压电振子（4、5）左右对称具有夹角，整体呈V形；V形定子（1）的压电陶瓷（8）包括A相（13）、B相（14）和C相（15）共三相压电陶瓷，其中V形定子（1）的A相（13）和B相（14）用于共振驱动方式下的模态驱动或非共振驱动方式下的强迫振动驱动，V形定子（1）的C相（15）用于减摩驱动。

2.根据权利要求1所述的减摩并模态驱动的斜动子V形压电电机，其特征在于：所述的减摩并模态驱动的斜动子V形压电电机导轨倾斜安装角θ（3）的设计原则如下，模态振幅沿定子与导轨接触界面的法向分量要大于定子与导轨接触界面的粗糙度R_a；即设定子的x－z面内对称振动模态（17）的振幅为U，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：U_f=Ucosθ；设定子的x－z面内反对称振动模态（18）的振幅为V，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：V_f=Vsinθ；要使定子有效地驱动导轨，必须满足以下条件：Ucosθ>R_a，Vsinθ>R_a；所以，导轨倾斜角θ（3）的选择范围：arcsin(R_a/V)<θ<arccos(R_a/U)。

3.根据权利要求1所述的减摩并模态驱动的斜动子V形压电电机，其特征在于：V形定子（1）的压电陶瓷（8）布置在左、右压电振子（4、5）的前端盖（10）与后端盖（7）之间以及驱动足（11）附近；左、右压电振子（4、5）前端盖（10）与后端盖（7）之间的压电陶瓷在形式、数量、极化方式等各方面都是相同的；每个压电振子前端盖（10）与后端盖（7）之间包含偶数片压电陶瓷，每两片极化方向相反的压电陶瓷构成一组压电陶瓷，这些压电陶瓷沿厚度方向极化，利用逆压电d₃₃效应激发V形定子（1）的振动；每组压电陶瓷的中间安放电极片，用于外接激励信号；每组压电陶瓷的两侧安放电极片，用于接地；每个压电振子前端盖（10）与后端盖（7）之间的压电陶瓷通过压紧螺栓（6）与前端盖（10）、后端盖（7）压紧固定并联结成一体，布置在驱动足（11）附近的压电陶瓷（8）通过粘结或焊接的方式固定并与驱动足联结成一体，这些压电陶瓷沿厚度方向极化，利用逆压电d₃₁效应激发驱动足（11）的局部振动；箭头方向（12）为压电陶瓷的极化方向。

4.根据权利要求1所述的减摩并模态驱动的斜动子V形压电电机，其驱动方式的特征在于：该电机设计有共振和非共振两种驱动方式，在共振驱动方式，V形定子（1）在模态并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动；在非共振驱动方式，V形定子（1）在强迫振动并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动。

5.根据权利要求4所述的减摩并模态驱动的斜动子V形压电电机的驱动方式，其特征在于：在共振驱动方式下的接线方式与在非共振驱动方式下的接线方式相同，其接线方式如下，左压电振子（4）的前端盖（10）与后端盖（7）之间的偶数片压电陶瓷相互连接构成电机的A相（13）；右压电振子（5）的前端盖（10）与后端盖（7）之间的偶数片压电陶瓷相互连接构成电机的B相（14）；布置在驱动足（11）附近的压电陶瓷相互连接构成电机的C相（15）；

在每个压电振子（4、5）的前端盖（10）与后端盖（7）之间的偶数片压电陶瓷中，每两片极化方向相反的压电陶瓷构成一组压电陶瓷，每组压电陶瓷的中间安放电极片，用于外接激励信号；每组压电陶瓷的两侧安放电极片，用于接地（16）；电机的A相（13）和B相（14）用于共振驱动方式下的模态驱动或非共振驱动方式下的强迫振动驱动，电机的C相（15）用于减摩驱动。