[发明专利]一种高速谐振冲击式压电电机

权利要求书

1.一种高速谐振冲击式压电电机，其特征是包括定子(7)、动子(17)，以及两个振子驱动机构，所述两个振子驱动机构分别是第一振子驱动机构和第二振子驱动机构；

所述定子(7)为摩擦振子，固定在两个振子驱动机构的中间位置上作为输出端，在所述定子(7)的表面形成准锯齿波振动；

所述动子(17)为交叉滚柱滑台，动子(17)通过螺栓固定在一维微调平台(16)上；动子(17)的前侧通过摩擦界面与定子(7)相互接触产生摩擦力形成粘滑效应，并由此驱动所述动子(17)作定向运动；

所述第一振子驱动机构是在第一振子座(1)上固定设置第一摩擦振子驱动源，所述第一摩擦振子驱动源由第一位移放大机构(2)、第二位移放大机构(3)和第一压电叠堆(10)构成；所述第一压电叠堆(10)通过初始预紧固定在第一位移放大机构(2)中；

所述第二振子驱动机构是在第二振子座(4)上固定设置第二摩擦振子驱动源，所述第二摩擦振子驱动源由第三位移放大机构(5)、第四位移放大机构(6)和第二压电叠堆(13)构成；所述第二压电叠堆(13)通过初始预紧固定在第三位移放大机构(5)中；

所述第一压电叠堆(10)和第二压电叠堆(13)通过初始预紧工作在受压缩状态下，初始预紧的预紧力为200N-500N；

由所述第二位移放大机构(3)、第四位移放大机构(6)和定子(7)共同构成弹簧质量阻尼系统，其中，第二位移放大机构(3)和第四位移放大机构(6)等效为弹簧，定子(7)等效为质量块，调整弹簧刚度和质量用于实现定子和动子之间阻抗匹配的优化；

按如下控制方法通过跨频段激励实现高速和高分辨率兼顾的跨尺度输出：

给定高频激励信号，使摩擦振子驱动源工作在高频谐振态模式实现高速输出，完成快速粗定位；

给定低频激励信号，使摩擦振子驱动源工作在低频准静态模式实现高分辨率输出，完成高分辨率驱动；

给定直流激励信号，使摩擦振子驱动源工作在直流静态模式下完成高精度微定位；

在所述高频谐振态模式中，两个摩擦振子驱动源的两个模态需要同时被激励出来；摩擦振子驱动源中一阶纵振模态和二阶纵振模态的频率比为1：2；在所述一阶纵振模态下，定子输出端的形变由第一位移放大机构(2)和第三位移放大机构(5)振动产生，并由第二位移放大机构(3)和第四位移放大机构(6)传递位移；在所述二阶纵振模态下，定子输出端的形变由第二位移放大机构(3)和第四位移放大机构(6)振动产生；所述第一摩擦振子驱动源和第二摩擦振子驱动源由共振频率激励，设置第一摩擦振子驱动源和第二摩擦振子驱动源的频率为1:2，初始相位差为0°，调节第一摩擦振子驱动源和第二摩擦振子驱动源的电压幅值比使其机械振动的振幅比为2：1，通过调节相位差，组合摩擦振子驱动源一阶和二阶纵振模态，在定子(7)的表面形成正向准锯齿波振动，并经摩擦界面驱动动子(17)正向运动；或通过调节相位差在定子(7)的表面形成反向准锯齿波振动，从而驱动动子(17)反向运动；

在所述低频准静态模式下，第一摩擦振子驱动源和第二摩擦振子驱动源的频率比为1:2，初始相位差为0°，调节第一摩擦振子驱动源和第二摩擦振子驱动源的电压幅值比使其机械振动振幅比为2：1，通过调节相位差组合摩擦振子驱动源一阶和二阶纵振模态，在定子(7)的表面形成正向准锯齿波振动，并经摩擦界面驱动动子(17)正向低速运动；或通过调节相位差在定子(7)的表面形成反向准锯齿波振动，从而驱动动子(17)反向运动；

在所述直流静态模式下，第一摩擦振子驱动源和第二摩擦振子驱动源的激励信号为直流电压信号，调节两路激励信号的相位差实现反向驱动动子(17)。

2.根据权利要求1所述的谐振冲击式压电电机，其特征是：包括第一位移放大机构(2)、第二位移放大机构(3)、第三位移放大机构(5)和第四位移放大机构(6)的各位移放大机构均采用结构相同的菱形空心框架；所述第一压电叠堆(10)预紧固定在第一位移放大机构(2)的长对角线上，所述第二压电叠堆(13)预紧固定在第三位移放大机构(5)的长对角线上。

3.根据权利要求1所述的谐振冲击式压电电机，其特征是：所述第一摩擦振子驱动源和第二摩擦振子驱动源的激励信号为正弦波激励信号。