[发明专利]基于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一种基于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的两种振动模态的共同作用下，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和三个自由度的球驱动器结构的压电陶瓷棒状微马达。其陶瓷棒放入套筒中，套筒壁上嵌有橡胶环，钢珠和弹簧放入套筒上孔中，并用螺栓旋入套筒此孔；定子套入陶瓷棒的另一端，并粘接牢固而制成马达。本马达具有尺寸微小，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

1.一种基于复合激励方式的多自由度压电陶瓷棒状微马达，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所述陶瓷棒的高度、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所说陶瓷棒的复合振动模态，即一阶复合振动模态和二阶复合振动模态；在实测中，通过在10mm范围内改变陶瓷棒的高度和直径尺寸，出现了所述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，在这相同谐振频率的两种振动模态的共同激励作用下，该陶瓷棒顶端会形成一个椭圆运动，由此而制成多自由度压电陶瓷棒状微马达；其特征在于：所述基于复合激励方式的压电陶瓷棒状微马达，有两种结构：1)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，陶瓷棒在两个端面的XZ面和YZ面内实现椭圆运动，其马达的结构是陶瓷棒(1)放入套筒(2)中，套筒(2)壁上嵌有橡胶环(3)，用于陶瓷棒的定位；将钢珠(4)放入套筒(2)上孔中，再放入弹簧(5)，并用螺栓(6)旋入套筒(2)上孔中，给弹簧(5)一个变形力，实现预紧力；定子(7)套入陶瓷棒(1)的另一端，并粘接牢固，便完成了马达的装配；马达驱动的平台分三层，上层(8)上表面是光滑的驱动面，下面是两个平行的导轨，中层(9)是一个“井”字形平台，上面是两个承接上层平台的导轨槽，下面是与上表面垂直的两个平行导轨，下层(10)是基础层，将马达和平台装入支架(11)，用螺栓(12)锁紧马达，并且将平台固定在支架上，实现将平台XY面内二维移动的目的；2)三个自由度的球驱动器结构的压电陶瓷棒状微马达，其陶瓷棒在一阶或二阶复合振动模态下，在两个端面的XZ和YZ面内实现椭圆运动，并在一阶或二阶弯曲振动模态下，在XY内做圆摆运动，本三维运动微马达的陶瓷棒(1)放入套筒(2)中，套筒(2)壁上嵌有橡胶环(3)，用于陶瓷棒的定位；将钢珠(4)放入套筒(2)下孔中，再放入弹簧(5)，并用螺栓(6)旋入套筒(2)下孔中，使弹簧(6)变形，实现马达定子(7)的预紧力，定子(7)套入陶瓷棒(1)的另一端，并且粘接牢固，便完成了马达的装配；将马达和平台装入支架(11)，用螺栓(12)锁紧马达，并且将聚四氟乙烯环(13)放入支架的上槽中，上面放入大钢球(14)，在合适的激励电源下激励定子的复合振动模态，钢球就在XZ和YZ面内旋转，加上弯曲振动模态，使钢球(14)在XY面内旋转，因此实现了钢球(14)的三维驱动。