[发明专利]一种微型二自由度平面运动超声电机

摘要

本发明公开了一种微型二自由度平面运动超声电机，该电机包括依次连接的弹性预压力装置、压电陶瓷定子、滑动块，压电陶瓷定子为多层结构的压电陶瓷棒，其顶端粘接有一摩擦头，摩擦头上设置有滑动块；弹性预压力装置设置在压电陶瓷定子底部，提供预压力实现压电陶瓷定子和滑动块的摩擦接触；定子在电压激励下可以产生纵向Z方向第一阶纵向伸缩振动模态L1，横向X方向第2阶弯曲振动模态B2X和横向Y方向第4阶弯曲振动模态B4Y；被激发复合模态使端部摩擦头在XZ平面内做微幅高频椭圆运动，或在YZ平面内做“8”字型微幅高频运动，从而驱动与摩擦头接触的滑动块沿X或Y方向运动，或一个XY面内的任意方向平移运动。

主权项

一种微型二自由度平面运动超声电机，包括压电陶瓷定子、滑动块、一个弹性预压力装置，其特征在于：所述压电陶瓷定子为一多层压电陶瓷棒，压电陶瓷棒顶端粘接有一摩擦头，在位于底端的弹性预压力装置的作用下与滑动块摩擦接触；所述压电陶瓷棒激发沿轴向Z方向的第一阶长度伸缩模态L1和沿X方向的第二阶弯曲振动模态B2X，以及沿Y方向的第四阶弯曲振动模态B4Y；以上所述的三种振动模态的共振频率具有以下关系：L1模态与B2X模态具有相等的共振频率，B4Y模态共振频率是L1模态共振频率的两倍；压电陶瓷定子同时激发出L1模态和B2X模态时，在定子端部的摩擦头上产生XZ面内的椭圆运动，驱动与摩擦头接触的滑动块沿X方向运动；压电陶瓷定子同时激发L1模态和B4Y模态时，在定子端部的摩擦头上产生YZ平面内的“8”字型运动，驱动与摩擦头接触的滑动块沿Y方向运动；同时激发出这三个模态实现滑动块在XY平面内任意方向的平移运动；所述压电陶瓷棒由若干层压电陶瓷薄片沿陶瓷棒长度方向叠加而成，在每层压电陶瓷薄片的上表面和下表面刷有金属电极，并且根据电机控制模态的需要在压电陶瓷棒侧面刷有金属电极，压电陶瓷薄片表面电极与压电陶瓷棒侧面电极导通。