基于h形压电换能结构驱动的平面超声电机及其工作模态的制作方法_3

文档序号:9289793阅读:来源:国知局
接近的电功率驱动信号。左杆1141中部正、反面粘帖的面内纵振激励陶瓷121压电极化方向垂直于粘帖表面,与法线方向相同均背向定子组件I实体,图8中用“ + ”表示,“(+)”表示反面粘帖的压电陶瓷片的压电极化方向;右杆1142中部正、反面粘帖的面内纵振激励陶瓷121压电极化方向垂直于粘帖表面,与法线方向相反均指向定子组件I实体,图8中用表示,“㈠”表示反面粘帖的压电陶瓷片的压电极化方向。所有的面内纵振激励陶瓷121的表面均通入同频正弦sincot激励电压,面内纵振激励陶瓷121与H形结构板11的粘帖面均接地接入零激励电压。
[0049]如图6至图9,为了有效、正确的激发定子组件I的面内二阶对称弯曲工作模态振动,需在两纵杆114末端左、右侧面粘帖的面内弯振激励陶瓷122上通入高频电功率驱动信号,该驱动信号频率应与面内纵振激励信号相同;分别将左杆1141、右杆1142左、右两侧的4片面内弯振激励陶瓷122沿杆对角线方向分成两组,同组内的陶瓷片采用相同极化方向,同一杆两组之间的压电陶瓷片采用相反的极化方向。如图8,以“ + ”表示压电极化方向垂直于粘帖表面且与法线方向相同背向定子组件I实体,以表示压电极化方向垂直于粘帖表面且与法线方向相反指向定子组件I实体,左杆1141与右杆1142的面内弯振激励陶瓷122的极化方向呈对称布置。所有的面内弯振激励陶瓷122的表面均通入同频正弦sin
激励电压,面内弯振激励陶瓷122与H形结构板11的粘帖面均接地接入零激励电压。
[0050]如图5至图6、图8至图9,为有效、正确的激发定子组件I的面外二阶反对称弯曲工作模态振动,需在两纵杆114末端正、反面粘帖的面外弯振激励陶瓷123上通入高频电功率驱动信号,该驱动信号频率应与面内弯振激励信号相同。如图8,位于左杆1141、右杆1142正面上同一高度的两片面外弯振激励陶瓷123采用相反的压电极化方向,位于同一纵杆114正面上、下不同位置的激励陶瓷123也采用相反的压电极化方向,两纵杆114反面的面外弯振激励陶瓷123的压电极化方向与正面对应的面外弯振激励陶瓷123的压电极化方向相反。所有的面外弯振激励陶瓷123的表面均通入同频余弦cos cot激励电压,面外弯振激励陶瓷123与H形结构板11的粘帖面均接地接入零激励电压。
[0051]如图10、图11,所述定子组件I的驱动足111沿YOZ平面的椭圆运动,是在以时间相位差为90°的两相同频正弦sin COt电压,分别激发出定子的面内一阶纵振模态工作振动与面外二阶模态工作振动后,通过两相振动耦合促成的。将定子的一个振动周期T分为以下四个阶段,则相应的椭圆轨迹由四部分组成:
[0052]如图10、图ll(St印I),在O?T/4振动时段内,定子面外二阶弯振使左杆1141上部由最大前弯状恢复成直杆状,使左杆1141上部的驱动足111与动子组件2保持接触并使下部的驱动足111与动子组件2脱离接触;定子面内一阶纵振使左杆1141由初始长度L。伸长至最大长度Lniax,驱使左杆1141上部驱动足111质点由最大前弯位置A行进至最大伸长位置B,并使下部驱动足111质点由最大后弯位置E行至最大伸长位置F。与此同时,定子面外二阶弯振使右杆1142上部由最大后弯状恢复成直杆状,右杆1142上部的驱动足111与动子组件2保持脱离而下部驱动足111与动子组件2保持接触;定子的一阶反对称纵振则使右杆1142由原始长度L。收缩至最小长度L _,使右杆1142上部驱动足111质点由最大后弯位置C行进到最大收缩位置D,而右杆1142下部驱动足111质点由最大前弯位置G行至最大收缩位置H。在该时段,定子组件I左杆1141上部驱动足111与右杆1142下部驱动足111同时与动子组件2接触,共同推动平面滑板21沿Y向移进第一个步距λ。
[0053]如图10、图ll(Step 2),在T/4?T/2振动时段内,定子面外二阶弯振驱使左杆1141上部由直杆状弯成最大后弯状,使左杆1141上部的驱动足111与动子组件2脱离接触且使左杆1141下部驱动足111与动子组件2保持接触;定子面内一阶纵振使左杆1141最大长度LniJ^复至初始长度L。,从而使左杆1141上部驱动足111质点由最大伸长位置B行进到最大后弯位置C,下部驱动足111质点则由最大伸长位置F行至最大前弯位置G。与此同时,定子面外二阶弯振使右杆1142上部由直杆状弯成最大前弯状,使右杆1142上部驱动足111与动子组件2保持接触而下部驱动足111与动子组件2脱离接触;定子面内一阶纵振则使右杆1142由最小长度L-恢复至初始长度L。,从而使右杆1142上部驱动足111质点由最大收缩位置D行至最大前弯位置A并使下部驱动足111质点由最大收缩位置H行至最大后弯位置E。在该时段,定子左杆1141下部驱动足111和右杆1142上部驱动足111同时与动子组件2接触,共同推动平面滑板21沿Y向移进第二个步距λ。
[0054]如图10、图ll(Step 3),在Τ/2?3Τ/4振动时段内,定子面外二阶弯振使左杆1141上部由最大后弯状恢复成直杆状,使左杆1141上部驱动足111与动子组件2保持脱离且使左杆1141下部驱动足111与动子组件2保持接触;定子面内一阶纵振使左杆1141由初始长度L。收缩至最小长度L_,驱使左杆1141上部驱动足111质点由最大后弯位置C行进到最大收缩位置D并使下部驱动足111质点由最大前弯位置G行至最大收缩位置H。与此同时,面外二阶弯振使右杆1142上部由最大前弯状弯成直杆状,使右杆1142上部驱动足111与动子组件2保持接触且使右杆1142下部驱动足111与动子组件2保持脱离,定子面内一阶纵振使右杆1142由初始长度L。伸长至最大长度L_,驱使右杆1142上部驱动足111质点由最大前弯位置A行至最大伸长位置B,而下部驱动足111质点则由最大后弯位置E行至最大伸长位置F。在该时段,定子左杆1141下部驱动足111和右杆1142上部驱动足111同时与动子组件2接触,共同推动平面滑板21沿Y向移进第三个步距λ。
[0055]如图10、图ll(St印4),在3T/4?T振动时段内,定子面外二阶弯振驱使左杆1141上部由直杆状弯成最大前弯状,使左杆1141上部驱动足111与动子组件2保持接触并使下部驱动足111与动子组件2保持脱离;定子面内一阶纵振则使左杆1141由最小长度L-恢复到初始长度L。,驱使左杆1141上部驱动足111质点由最大收缩位置D返回至最大前弯位置A,下部驱动足111质点由最大收缩位置H返回至最大后弯位置E。与此同时,定子面外二阶弯振使右杆1142上部由直杆状弯成最大后弯状,使右杆1142上部驱动足111与动子组件2保持脱离并使右杆1142下部驱动足111与动子组件2保持接触;定子的面内一阶纵振则使右杆1142由最大长度LniJ^复到初始长度L。,驱使右杆1142上部驱动足111质点由最大伸长位置B返回至最大后弯位置C,下部驱动足111质点由最大伸长位置F返回至最大前弯位置G。在该时段,定子左杆1141上部驱动足111和右杆1142下部驱动足111同时与动子组件2接触,共同推动平面滑板21沿Y向移进第四个步距λ。
[0056]如图10、图11所示,定子组件I每完成上述一个振动周期Τ,左杆1141上部驱动足111将完成从最大前弯位置A-最大伸长位置B-最大后弯位置C-最大收缩位置D-最大前弯位置A的一个椭圆运动轨迹,左杆1141下部驱动足111将完成从最大后弯位置E-最大伸长位置F-最大前弯位置G-最大收缩位置H-最大后弯位置E的一个椭圆运动轨迹,右杆1142上部驱动足111将完成从最大后弯位置C-最大收缩位置D-最大前弯位置A-最大伸长位置B-最大后弯位置C的一个椭圆运动轨迹,右杆1142下部驱动足111将完成从最大前弯位置G-最大收缩位置H-最大后弯位置E-最大伸长位置F-最大前弯位置G的一个椭圆运动轨迹;所以定子组件I每完成上述一个振动周期Τ,就将推动动子组件2的平面滑板21沿Y向前移4步距。当定子组件I不断重复上述振动周期时,它将推动动子组件2的平面滑板21不断沿Y向前移。如果逆转一阶纵振与面外二阶弯振之间超前滞后相位关系,则动子组件2的平面滑板21将沿Y轴的反方向移动。
[0057]如图12至图15,所述定子组件I的驱动足111沿XOZ平面的椭圆运动轨迹,是在以时间相位差为90°的两相同频正弦sincot电压,分别激发出定子面内二阶弯曲模态工作振动与面外二阶弯曲模态工作振动后,通过两相振动耦合促成的。若将定子的一个振动周期T分为四个阶段,则驱动足111在XOZ面内的椭圆运动可看成由四部分组成:
[0058]如图12至图15(St印I),在O?T/4振动时段内,定子面外二阶弯振使左杆1141上部由最大前弯状恢复成直杆状,使左杆1141上部驱动足111与动子组件2保持接触而下部驱动足111与动子组件2保持脱离;定子面内二阶弯振使左杆1141由直杆状弯成上部呈右弯状而下部呈左弯状,驱使左杆1141上部驱动足111质点沿XOZ平面由最大前弯位置Al行至最大右弯位置BI,使左杆1141下部驱动足111质点由最大后弯位置Cl彳丁至最大左弯位置D1。与此同时,定子面外二阶弯振使右杆1142上部由
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