力裝置4實現(xiàn)摩擦頭22和滑動塊3的摩擦接觸，其中彈性 預(yù)壓力裝置4中的彈黃處于壓縮狀態(tài)。彈性預(yù)壓力裝置4中的彈黃一端作用于多層壓電陶瓷 柱21，另一端作用于電機外殼底部5。滑動塊3安裝在一個X-Y運動平臺上，作平面內(nèi)平移運 動。
[0014] 定子2的夾持方式如圖3、圖4所示，X方向的兩個夾持位置23曰，23b為8忍:模態(tài)的彎 曲振動節(jié)點，y方向的兩個夾持位置24a，24b為擇踩模態(tài)的彎曲振動節(jié)點;夾持方式為彈性夾 持，只限制定子x，y方向的運動而不限制其Z方向運動。
[0015] 圖5為多層壓電陶瓷柱21的結(jié)構(gòu)示意圖。多層壓電陶瓷柱21可分為5個部分(211、 212、213、214、215)，5部分壓電陶瓷占總長度的比例分別為19%，10%，38%，10%，19%，每兩部 分之間間隔1%的絕緣隔層陶瓷216。多層壓電陶瓷柱21由大量壓電陶瓷薄片組合而成，可W 通過高溫?zé)Y(jié)熱處理成為一個整體，或者利用環(huán)氧樹脂粘接成一個整體。本實施例中，多層 壓電陶瓷柱21在X，Y，ZS個方向的尺寸分別設(shè)定為13.4mm，9.5mm，50mm，211~215運5個部分 的厚度分別為9.5mm，5mm，19mm，5mm ,9.5mm，每兩部分之間的隔層絕緣陶瓷216厚度0.5mm。
[0016] 多層壓電陶瓷柱21由大量壓電陶瓷薄片組成，每片陶瓷兩個表面(A面和B面)都涂 有金屬電極，電極的形狀由壓電陶瓷片的位置決定，相鄰兩片陶瓷片接觸的兩個表面的電 極形狀相同（即A面對A面，B面對B面），具體電極形狀如圖6至圖11所示，其中陰影部分為電 極。圖中每片陶瓷的上下表面電極通過多層壓電陶瓷柱21的側(cè)面電極引出。多層壓電陶瓷 柱21的四個側(cè)面電極形狀如圖12至15所示，陰影部分為電極，（a)，（b)，（C)，（d)分別為前面 F面，后面B面，左面L面和右面R面電極示意圖。21a~21n為側(cè)面電極，運14個電極分別刷在多 層壓電陶瓷柱21的5個部分(211、212、213、214、215)的不同側(cè)面上。電機制備過程中壓電陶 瓷的極化工藝如下：在電極21a、21d上施加正電壓，電極21e、21f上施加相等幅度的負電壓， 電極21g、21k接地;在電極2化、21 j上施加正電壓，電極211、21n上施加相等幅度的負電壓， 電極2化、21C接地;電極21i施加正電壓，電極2Im接地。
[0017] 超聲電機1的驅(qū)動方式如下:在電極21讓施加頻率每!幅度豁的正弦交流電Vos 口化;t) ，電極2 Im接地，即可激發(fā)Z方向第一階縱向伸縮振動模態(tài)^，如圖16所示;在電極2化、21 j、 211、21n上施加頻率IW幅度馬相位相差90°的正弦交流電壓馬^媒狡媽茲違發(fā)，電極21g、 ...占?? 21k接地，即可激發(fā)X方向第二階彎曲振動模態(tài)B2X，如圖17所示;二者同時施加即可合成定子 2在XZ面內(nèi)的順時針方向或逆時針方向的楠圓運動，驅(qū)動滑動塊3沿X正方向或負方向運動。 在電極21i上施加頻率Iki幅度磯的正弦交流電心osCWfuA，電極21m接地，激勵第一階 縱向伸縮振動模態(tài)^，同時在電極21a、21d、21e、21 f上施加頻率2fu幅度靖的正弦交流電 機終該舉施東里g，電極211、2 In接地，即可激發(fā)Y方向第四階彎曲振動模態(tài)B4Y，如圖18所 示，可W合成定子2在YZ面內(nèi)的"8"字形運動，驅(qū)動滑動塊3在Y方向運動。上述激勵同時施加 可實現(xiàn)滑動塊3在XY平面內(nèi)任意方向的運動。Vt.、V.s、Vy的大小獨立調(diào)節(jié)，可W控制定子2在 Z、X、Y方向的振幅，從而調(diào)節(jié)運動速度和驅(qū)動力。
[0018]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對運些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可W在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的運些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種微型二自由度平面運動超聲電機，包括壓電陶瓷定子、滑動塊、一個彈性預(yù)壓力 裝置，其特征在于:所述壓電陶瓷定子為一多層壓電陶瓷棒，壓電陶瓷棒頂端粘接有一摩擦 頭，在位于底端的彈性預(yù)壓力裝置的作用下與滑動塊摩擦接觸;所述壓電陶瓷棒激發(fā)沿軸 向Z方向的第一階長度伸縮模態(tài)U和沿X方向的第二階彎曲振動模態(tài)Β 2χ，以及沿Y方向的第 四階彎曲振動模態(tài)Β4Υ;以上所述的三種振動模態(tài)的共振頻率具有以下關(guān)系:Li模態(tài)與Β2Χ模 態(tài)具有相等的共振頻率，B4Y模態(tài)共振頻率是1^模態(tài)共振頻率的兩倍。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型二自由度平面運動超聲電機，其特征在于:所述壓電 陶瓷棒由若干層壓電陶瓷薄片沿陶瓷棒長度方向疊加而成，在每層壓電陶瓷薄片的上表面 和下表面刷有金屬電極，并且根據(jù)電機控制模態(tài)的需要壓電陶瓷棒側(cè)表面刷有金屬電極， 壓電陶瓷薄片表面電極與壓電陶瓷棒側(cè)面電極導(dǎo)通。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微型二自由度平面運動超聲電機，其特征在于:壓電陶瓷 薄片上下表面電極的形狀由壓電陶瓷片的位置決定，相鄰兩片壓電陶瓷薄片接觸的兩個表 面的電極形狀相同。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種微型二自由度平面運動超聲電機，其特征在于:所述 壓電陶瓷薄片通過高溫?zé)Y(jié)處理為一體或者通過粘接成一整體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型二自由度平面運動超聲電機，該電機包括依次連接的彈性預(yù)壓力裝置、壓電陶瓷定子、滑動塊，壓電陶瓷定子為多層結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷棒，其頂端粘接有一摩擦頭，摩擦頭上設(shè)置有滑動塊；彈性預(yù)壓力裝置設(shè)置在壓電陶瓷定子底部，提供預(yù)壓力實現(xiàn)壓電陶瓷定子和滑動塊的摩擦接觸；定子在電壓激勵下可以產(chǎn)生縱向Z方向第一階縱向伸縮振動模態(tài)L1，橫向X方向第2階彎曲振動模態(tài)B2X和橫向Y方向第4階彎曲振動模態(tài)B4Y；被激發(fā)復(fù)合模態(tài)使端部摩擦頭在XZ平面內(nèi)做微幅高頻橢圓運動，或在YZ平面內(nèi)做“8”字型微幅高頻運動，從而驅(qū)動與摩擦頭接觸的滑動塊沿X或Y方向運動，或一個XY面內(nèi)的任意方向平移運動。
【IPC分類】H02N2/02
【公開號】CN105634325
【申請?zhí)枴緾N201610119918
【發(fā)明人】郭明森, 陳加林, 趙淳生
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月3日