一种微小型两自由度超声电机

1.本实用新型涉及微特电机技术领域，特别涉及一种微小型两自由度超声电机及其驱动方法，该超声电机结构简单、尺寸小，输出力大、且驱动方法简单，适用于微小空间内物体的精密定位以及驱动。


背景技术：

2.超声电机因具有低速大转矩、噪声小、响应快、不受电磁干扰等特点，在航空航天工程、光学工程、精密仪器等领域得到了广泛的应用，对于微型化超声电机来说，压电陶瓷薄片具有设计灵活的优点，常用作微型超声电机的驱动源，然而压电陶瓷薄片基于机电耦合效率低的d31模式工作，输出能力受限；且目前的超声电机大多是基于超声激发弹性体共振而实现相应驱动的，这种方式结构设计复杂、且运动不稳定；这些问题限制了微型超声电机的实际应用发展。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种微小型两自由度超声电机及其驱动方法，利用压电叠堆作为驱动源，在保证了结构微型化的基础上，具有更优异、稳定的输出能力，具有两自由度输出的能力，能够满足微小空间内对于物体的平面精密定位。
4.本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
5.一种微小型两自由度超声电机，其特征在于：由基座1、x轴运动单元2、y轴运动单元3和载物台4组成；所述的x轴运动单元2通过压电叠堆a2
‑
1固定连接在基座1上；所述的y轴运动单元3通过压电叠堆c3
‑
1固定连接在x轴运动单元2的从动件a2
‑
4上；所述的载物台4固定连接在y轴运动单元3的从动件b3
‑
4上；所述的载物台4可以做成外部矩形、内部中空环形的结构，以搭载微型摄像头，并将一种微小型两自由度超声电机集合到手机、无人机等设备中，可以实现摄像防抖功能。
6.所述的基座1由凸台a1
‑
1、中空腔体1
‑
2、凸台b1
‑
3组成，凸台a1
‑
1和凸台b1
‑
3的作用是承载x轴运动单元2和y轴运动单元3；中空腔体的作用是适应更多不同类型的被驱目标物体。
7.所述的x轴运动单元2由压电叠堆a2
‑
1、压电叠堆b2
‑
2、连接杆a2
‑
3、从动件a2
‑
4组成，所述的压电叠堆b2
‑
2粘结在压电叠堆a2
‑
1上，所述的连接杆a2
‑
3粘结在压电叠堆b2
‑
2上，所述的从动件a2
‑
4以自适应预紧的方式安装在连接杆a2
‑
3上。
8.所述的y轴运动单元3由压电叠堆c3
‑
1、压电叠堆d3
‑
2、连接杆b3
‑
3、从动件b3
‑
4组成，所述的压电叠堆d3
‑
2粘结在压电叠堆c3
‑
1上，所述的连接杆b3
‑
3粘结在压电叠堆d3
‑
2上，所述的从动件b3
‑
4以自适应预紧的方式安装在连接杆b3
‑
3上。
9.一种微小型两自由度超声电机的驱动方法，主要包括以下步骤：
10.a)给x轴运动单元2的压电叠堆a2
‑
1施加的正弦电信号，使得压电叠堆a2
‑
1产生正弦机械振动，同时给压电叠堆b2
‑
2施加的正弦电信
上，所述的从动件b3
‑
4以自适应预紧的方式安装在连接杆b3
‑
3上。
24.一种微小型两自由度超声电机驱动方法包括以下步骤：
25.a)给x轴运动单元2的压电叠堆a2
‑
1施加的正弦电信号，使得压电叠堆a2
‑
1产生正弦机械振动，同时给压电叠堆b2
‑
2施加的正弦电信号，使得压电叠堆b2
‑
2产生正弦机械振动，压电叠堆a2
‑
1与压电叠堆b2
‑
2的振动耦合，使得连接杆a2
‑
3上产生类锯齿波机械振动，连接杆b2
‑
3将以粘滑驱动原理驱动从动件a2
‑
4产生沿x轴的步进运动；
26.b)通过控制压电叠堆a2
‑
1和压电叠堆b2
‑
2的激励信号的幅值a、b和相位可以实现运动速度以及运动正反向的调节；y轴运动单元3的驱动方法与x轴运动单元2的一致，可以给两者通以独立或者有关联的激励信号，以实现两个自由度的独立运动或者联动。
27.以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种微小型两自由度超声电机，其特征在于：由基座(1)、x轴运动单元(2)、y轴运动单元(3)和载物台(4)组成；所述的x轴运动单元(2)通过压电叠堆a(2
‑
1)固定连接在基座(1)上；所述的y轴运动单元(3)通过压电叠堆c(3
‑
1)固定连接在x轴运动单元(2)的从动件a(2
‑
4)上；所述的载物台(4)固定连接在y轴运动单元(3)的从动件b(3
‑
4)上。2.根据权利要求1所述的一种微小型两自由度超声电机，其特征在于：所述的基座(1)由凸台a(1
‑
1)、中空腔体(1
‑
2)、凸台b(1
‑
3)组成。3.根据权利要求1所述的一种微小型两自由度超声电机，其特征在于：所述的x轴运动单元(2)由压电叠堆a(2
‑
1)、压电叠堆b(2
‑
2)、连接杆a(2
‑
3)、从动件a(2
‑
4)组成，所述的压电叠堆b(2
‑
2)粘结在压电叠堆a(2
‑
1)上，所述的连接杆a(2
‑
3)粘结在压电叠堆b(2
‑
2)上，所述的从动件a(2
‑
4)以自适应预紧的方式安装在连接杆a(2
‑
3)上。4.根据权利要求1所述的一种微小型两自由度超声电机，其特征在于：所述的y轴运动单元(3)由压电叠堆c(3
‑
1)、压电叠堆d(3
‑
2)、连接杆b(3
‑
3)、从动件b(3
‑
4)组成，所述的压电叠堆d(3
‑
2)粘结在压电叠堆c(3
‑
1)上，所述的连接杆b(3
‑
3)粘结在压电叠堆d(3
‑
2)上，所述的从动件b(3
‑
4)以自适应预紧的方式安装在连接杆b(3
‑
3)上。

技术总结
本实用新型涉及一种微小型两自由度超声电机，该微小型两自由度超声电机包括基座、x轴运动单元、y轴运动单元和载物台，其中x轴运动单元固定连接在基座上，y轴运动单元固定连接在x轴运动单元的从动件上，载物台固定连接在y轴运动单元的从动件上。驱动方法是：x轴运动单元与y轴运动单元的运动互相独立，驱动方法一致，通过控制x轴运动单元与y轴运动单元的压电叠堆的超声激励信号，在x轴和y轴分别可以实现合成锯齿波，从而产生两个轴的独立运动。优点在于：装置结构微型化、驱动方法简单、速度快、精度高、成本低、易于集成，可用作手机内置相机防抖装置，在微型设备等应用空间受限的使用场合具有广阔的应用前景。合具有广阔的应用前景。合具有广阔的应用前景。


技术研发人员：黄虎 李轩 徐智
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2021.05.31
技术公布日：2021/11/2