压电电机工作原理

由于压电马达具有体积小高等优势,目前越来越多的用户选择该产品替代传统的电机定位产品。目前市面上常用的压电马达有三种:粘滑式压电马达;步进式压电马达和超声波或共振压电马达。

一、 压电马达原理简介

1)粘滑式压电马达

 

阐述了粘滑式压电马达的工作原理,粘滑式压电马达主要由轴承、滑块(即移动部分)、接触点、一端固定的压电促动器组成。压电陶瓷的的长度随着施加电压的变化而变长或变短,由于滑块与接触点的摩擦力滑块会随着压电陶瓷的形变一起运动,如图1中第二个图所示。这一过程又称为粘贴阶段(stick-phase)。当压电陶瓷到形变量时,施加快速降低的电压使压电陶瓷快速回缩到初始状态。如图1中第三个图所示,由于惯性滑块保持静止,而压电陶瓷回复到了初始状态,这一阶段也被称为滑动阶段(slip-phase),也是这一阶段导致了滑块的净位移。重复以上两个阶段使平台产生宏观的位移。

2)步进式压电马达

 

典型的步进式压电马达至少由3个压电促动器,如图2中的幅图所以,其中A和B促动器用来接触滑块,并扮演卡紧机构的角色。而C促动器则用来使滑块产生平移运动。

在静止时,促动器A和B同时接触滑块。当开始运动时,促动器B膨胀,A缩回,此时只有B与滑块接触,如图2中幅图所示。于此同时C形变通过B与滑块的接触使滑块产生位移如图2中第二幅图所示。然后促动器A膨胀,B缩回,此时只有A与滑块接触如图2中第三幅图所示,随后压电陶瓷C缩回至初始位置如图2第四幅图所示。再次缩回A,膨胀B,重复以上状态是滑块产生宏观位移。

3)超声波压电马达

对于这种类型的压电马达,滑块的运动是通过接触点的椭圆振荡产生。如下图所示。

图3中的幅图展示了超声波马达的主要结构,第二幅图展示了压电马达的两种工作状态,左图接触点沿切线方向移动,即运动方向,右图接触点沿上下运动。对压电陶瓷施加电信号,同时产生这两种模式,并使相位差为正负90°这会使接触点产生椭圆振动如图3中幅图所示。此外,接触点的轨迹也可由驱动信号的幅值和频率控制。

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