新型单振子多自由度超声波电机

提出一种基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机。该电机的定子由中空金属圆柱加工而成，圆柱的四周加工成4个互相垂直的平面，上面分别粘贴四片沿厚度方向极化的钛锆酸铅(leadzirconatetitanate，PZT)压电陶瓷。利用压电陶瓷在垂直极化方向平面内的变形，激励定子绕Z轴的扭转振动模态，实现转子绕Z轴的转动；激励在定子中固有频率接近、振动方向相垂直的伸缩振动模态和弯曲振动模态，并通过振动的叠加使定子末端质点产生绕X轴或者Y轴的椭圆运动，实现转子绕水平轴的转动。采用有限元方法对电机的定子进行分析设计，建立电机样机实验系统并测定样机的振动特性及输出机械特性。实验结果表明基于压电陶瓷平面内应变的电机可以实现绕3个互相垂直轴的多自由度转动。