[发明专利]一种双模式微小型直线超声电机及其驱动方法

权利要求书

1.一种双模式微小型直线超声电机，其特征在于：由定子(1)、从动件(2)和被驱元件(3)组成；所述的从动件(2)成开口环状，具有一定的弹性，其外壁与定子(1)中的中空弹性体(1-3)接触，且以自适应预紧的方式内置于中空弹性体(1-3)中；被驱元件(3)与中空弹性体(1-3)的内壁固定连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种双模式微小型直线超声电机，其特征在于：所述的定子包括纵向夹紧压电片组(1-1)、弯曲驱动压电片组(1-2)和中空弹性体(1-3)。

3.根据权利要求1所述的一种双模式微小型直线超声电机，其特征在于：所述的中空弹性体(1-3)包括薄壁端a(1-3-1-1)、薄壁端b(1-3-1-2)、厚壁端a(1-3-2-1)、厚壁端b(1-3-2-2)、安装孔a(1-3-3-1)、安装孔b(1-3-3-2)、安装孔c(1-3-3-3)和安装孔d(1-3-3-4)；所述的中空弹性体(1-3)采用外部矩形、内部圆形中空的布置。

4.根据权利要求1所述的一种双模式微小型直线超声电机，其特征在于：所述的纵向夹紧压电片组(1-1)由夹紧压电片a(1-1-1)和夹紧压电片b(1-1-2)组成；所述的夹紧压电片a(1-1-1)和夹紧压电片b(1-1-2)沿宽度方向(y向)以对称分布的方式粘结于中空弹性体(1-3)的两端；所述的纵向夹紧压电片组(1-1)用于激励中空弹性体(1-3)的纵向运动以夹持从动件(2)。

5.根据权利要求1所述的一种双模式微小型直线超声电机，其特征在于：所述的弯曲驱动压电片组(1-2)由弯曲压电片a(1-2-1)、弯曲压电片b(1-2-2)、弯曲压电片c(1-2-3)、弯曲压电片d(1-2-4)组成；所述的弯曲压电片a(1-2-1)和弯曲压电片b(1-2-2)沿厚度方向(z向)以对称分布的方式粘结于中空弹性体(1-3)中的厚壁端a(1-3-2-1)的上下两面；所述的弯曲压电片c(1-2-3)和弯曲压电片d(1-2-4)沿厚度方向(z向)以对称分布的方式粘结于中空弹性体(1-3)中的厚壁端b(1-3-2-2)的上下两面；所述的弯曲驱动压电片组(1-2)用于激励中空弹性体(1-3)的弯曲运动以驱动从动件(2)。

6.一种双模式微小型直线超声电机驱动方法，其特征在于：通过调控纵向夹紧压电片组(1-1)和弯曲驱动压电片组(1-2)的激励信号，可以令一种双模式微小型直线超声电机实现超声非共振以及超声共振两种工作模式；超声非共振工作模式的驱动方法包括以下步骤：

a)给纵向夹紧压电片组(1-1)和弯曲驱动压电片组(1-2)同时施加频率超过20KHz，但不在中空弹性体(1-3)固有频率上的正弦信号，其中纵向夹紧压电片组(1-1)比弯曲驱动压电片组(1-2)的信号相位超前π/2，使得夹紧压电片a(1-1-1)和夹紧压电片b(1-1-2)沿宽度方向(y向)上缩短，从而使中空弹性体(1-3)的厚壁端a(1-3-2-1)和厚壁端b(1-3-2-2)夹紧从动件(2)；在夹紧的同时，弯曲压电片a(1-2-1)和弯曲压电片c(1-2-3)沿宽度方向(y向)上伸长，弯曲压电片b(1-2-2)和弯曲压电片d(1-2-4)沿宽度方向(y向)上缩短，从而使中空弹性体(1-3)的厚壁端a(1-3-2-1)和厚壁端b(1-3-2-2)产生向z轴的弯曲，纵向夹紧压电片组(1-1)和弯曲驱动压电片组(1-2)配合，使中空弹性体(1-3)在与从动件(2)的接触面上产生顺时针的椭圆运动，在摩擦力的作用下，中空弹性体(1-3)带动从动件(2)沿z轴正向做直线运动；

b)给纵向夹紧压电片组(1-1)和弯曲驱动压电片组(1-2)同时施加频率超过20KHz，但不在中空弹性体(1-3)固有频率上的正弦信号，其中纵向夹紧压电片组(1-1)比弯曲驱动压电片组(1-2)的信号相位滞后π/2，弯曲压电片a(1-2-1)和弯曲压电片c(1-2-3)沿宽度方向(y向)上伸长，弯曲压电片b(1-2-2)和弯曲压电片d(1-2-4)沿宽度方向(y向)上缩短，从而使中空弹性体(1-3)的厚壁端a(1-3-2-1)和厚壁端b(1-3-2-2)产生向z轴正向的弯曲，使得夹紧压电片a(1-1-1)和夹紧压电片b(1-1-2)沿宽度方向(y向)上缩短，从而使中空弹性体(1-3)的厚壁端a(1-3-2-1)和厚壁端b(1-3-2-2)夹紧从动件(2)；在夹紧的同时，弯曲压电片a(1-2-1)和弯曲压电片c(1-2-3)沿宽度方向(y向)上伸长，弯曲压电片b(1-2-2)和弯曲压电片d(1-2-4)沿宽度方向(y向)上缩短，从而使中空弹性体(1-3)的厚壁端a(1-3-2-1)和厚壁端b(1-3-2-2)产生向z轴的弯曲，纵向夹紧压电片组(1-1)和弯曲驱动压电片组(1-2)配合，使中空弹性体(1-3)在与从动件(2)的接触面上产生逆时针的椭圆运动，在摩擦力的作用下，中空弹性体(1-3)带动从动件(2)沿z轴负向做直线运动；超声共振工作模式包括以下步骤：

c)给纵向夹紧压电片组(1-1)施加频率超过20KHz，且为中空弹性体(1-3)的纵向共振频率的正弦信号，以激发中空弹性体(1-3)的纵向振动模态，使得中空弹性体(1-3)夹紧从动件(2)；同时给弯曲驱动压电片组(1-2)施加频率超过20KHz，且为中空弹性体(1-3)的弯曲共振频率的正弦信号，以激发中空弹性体(1-3)的弯曲振动模态；施加给弯曲驱动压电片组(1-2)的信号比给纵向夹紧压电片组(1-1)施加的信号的相位超前π/2，纵向夹紧压电片组(1-1)和弯曲驱动压电片组(1-2)配合，使中空弹性体(1-3)在与从动件(2)的接触面上产生顺时针的椭圆运动，在摩擦力的作用下，中空弹性体(1-3)带动从动件(2)沿z轴正向做直线运动；

d)给纵向夹紧压电片组(1-1)施加频率超过20KHz，且为中空弹性体(1-3)的纵向共振频率的正弦信号，以激发中空弹性体(1-3)的纵向振动模态，使得中空弹性体(1-3)夹紧从动件(2)；同时给弯曲驱动压电片组(1-2)施加频率超过20KHz，且为中空弹性体(1-3)的弯曲共振频率的正弦信号，以激发中空弹性体(1-3)的弯曲振动模态；施加给弯曲驱动压电片组(1-2)的信号比给纵向夹紧压电片组(1-1)施加的信号的相位滞后π/2，纵向夹紧压电片组(1-1)和弯曲驱动压电片组(1-2)配合，使中空弹性体(1-3)在与从动件(2)的接触面上产生逆时针的椭圆运动，在摩擦力的作用下，中空弹性体(1-3)带动从动件(2)沿z轴负向做直线运动。