CN103178745A - 一种频率控制型单驱双向杆式压电电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子运动的动子，所述的定子包括带中心孔的圆管状振动体以及粘贴在振动体外侧面上的一个压电片，且粘贴有压电片的圆管状振动体的径向截面为不对称图形；所述的动子贯穿振动体的中心孔；所述动子的运动方向受控于驱动信号的频率。本发明压电电机的转向受控于驱动信号的频率，实现了仅采用一个压电片和一个驱动信号达到压电电机的正反双向转动。

Description

一种频率控制型单驱双向杆式压电电机

技术领域

本发明属于微型电机领域，特别涉及一种频率控制型单驱双向杆式压电电机。

背景技术

压电电机是一种新型的微特电机，其利用压电材料的逆压电效应，激发定子的超声频段的微幅振动，并通过定子和转子之间的摩擦将振动转化为转子（动子）的旋转（直线）运动。其具有结构紧凑、低转速大力矩、响应快、断电自锁、结构简单和效率对尺寸的不敏感等特性，这些特性使得其比传统的电磁电机更适合作为毫米量级和亚毫米量级的制动器。目前，压电电机的常用微型化结构为杆式和碟式，其中杆式压电电机的机械输出性能比碟式更强。

大部分杆式压电电机为了实现双向旋转特性，需要两组（片）压电陶瓷和两路相互正交的驱动信号。如果只用一片压电陶瓷片和一路驱动信号就可以实现双向旋转特性，那结构和电路可以同时实现微型化，简单化，整个压电电机系统都大大减小。

公告号为CN102005967A的中国专利中公开了一种频率控制转向的单驱动微型压电马达，包括定子以及可相对定子旋转的转子；所述的定子包括带中心孔的驱动体以及分别粘接在驱动体两个相邻的侧平面的压电片和匹配片，所述的压电片和匹配片的形状、材料至少有一种不同；所述的转子包括贯穿驱动体的中心孔的旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体；所述的帽体与所述的驱动体接触，所述的旋转体与所述的驱动体的中心孔孔壁之间有空隙。该压电马达体积小且易于控制正反转，对于压电马达系统的微型化起到重要的作用，使得双向旋转型压电电机的结构和电路得到简化，更适合微型化。但其至少需要加工出两个面用于粘贴压电片和匹配块，这使得加工工艺要求比较高，零配件比较多，如果不需要匹配块或者只需加工一个侧平面，则频率控制转向的单驱动微型压电电机更适合微型化。

公告号为US6940209的美国专利公开了一种杆状型直线压电电机，其利用两对压电元件在两个端部产生“呼啦圈”（wobbling）运动，通过螺纹驱动原理推动一个插入其内的螺杆产生直线运动，其可以做成小直径的杆状结构，实现直线压电电机的微型化，但其需要两对压电元件以及两组正交驱动信号同时驱动，使得结构进一步的微型化比较困难，其需要两相电路，使得驱动电路比较复杂，不适合进一步的微型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，以解决上述现有技术中至少需要加工出两个相邻的侧平面并需要一块匹配块而增加微型化难度的问题，以及现有杆状直线压电电机需要两路驱动电路驱动而不适合微型化的问题。

作为旋转电机的一种应用形式，本发明一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子旋转的转子，所述的转子包括旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体，所述的定子包括带中心孔的圆管状振动体以及粘贴在振动体外侧面上的一个压电片，且粘贴有压电片的圆管状振动体的径向截面为不对称图形；

所述的旋转体贯穿振动体的中心孔；

所述的帽体与振动体接触，所述的旋转体与振动体的中心孔孔壁之间有间隙；

压电电机的转向受控于驱动信号的频率。

作为优选，所述的旋转体和帽体的连接处设有过渡斜面杆体结构，所述圆管状振动体上端设有一内凹圆环形斜面，与旋转体和帽体连接处的过渡斜面杆体结构相配合。内凹圆环形斜面与过渡斜面杆体结构相配合，以更好地使转子的帽体与定子的振动体紧密接触。

作为优选，所述的旋转体的另一端（远离帽体的一端）设有用于使转子的帽体与定子的振动体紧密接触的弹性机构。

所述弹性机构可进行限位，为定子与转子上端面接触提供预压力。

作为优选，所述的弹性机构为弹性卡片或为由弹簧与螺母和螺钉组成的复合弹性机构。

本发明电机中由于定子采用不对称结构，只需在压电片上通入不同频率的驱动信号就可以实现双向旋转，对于电机整体而言，转子的旋转既可以直接作为旋转电机应用也均可以通过螺纹配合的方式使转子同时轴向运动，即做为直线电机使用。

作为直线电机的一种应用形式，本发明一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子运动的动子，所述的定子包括带中心孔的圆管状振动体以及粘贴在振动体外侧面上的一个压电片，且粘贴有压电片的圆管状振动体的径向截面为不对称图形；

所述管状振动体上端部设有内螺纹，所述动子为一根螺杆且贯穿振动体的中心孔，所述螺杆的螺纹与管状振动体的内螺纹相吻合；

所述动子的运动方向受控于驱动信号的频率。

作为优选，所述定子以及动子上分别设有相互作用的磁性体。例如所述定子的固定端带有第一磁性体，动子朝向所述固定端的一端设有与第一磁性体相互作用的第二磁性体。

本发明利用一个驱动信号对压电片施加电压，通过改变驱动信号的频率控制压电电机的正反双向转动。

无论是旋转电机还是直线电机区别在于转子运动的输出方式，而定子的驱动方式是相同的，本发明中圆管状振动体的径向截面为不对称图形，所述的不对称图形指几何学上的任何情况的不对称，如非轴对称图形、非中心对称图形、非旋转对称图形等。本发明的压电电机，由于粘贴有压电片的圆管状振动体的径向截面为不对称图形即压电片呈不对称的粘贴于所述管状振动体外侧，实现了仅采用一个压电片和一个驱动信号达到压电电机的正反双向转动。

为了实现压电片呈不对称的粘贴于所述管状振动体外侧，可以采用多种多样的不对称设置形式，现具体列举以下三种情形用于清楚说明本发明的实现方式：

所述的压电片可以直接粘贴在振动体的外侧面上，压电片的宽度小于振动体的外径，压电片一侧面与振动体的外侧面对齐。该情形下的压电电机只有一个圆管状振动体、一片压电片和一个驱动信号，与现有技术相比，其不需要在圆管状振动体的外侧面加工出平面，更无需匹配块，从很大程度上简化了电机结构和驱动电路，更加适合微型化。

或者，所述的振动体的外侧面上设有一个平面，所述的平面的宽度小于所述的压电片的宽度，所述的压电片粘贴在平面上，所述的压电片一侧面与所述的平面一侧面对齐，所述的压电片另一侧面最远与振动体的外侧面对齐。该情形下的压电电机只有一个管状振动体、一片压电片和一个驱动信号，与现有技术相比，只需在管状振动体的外侧面上加工出一个平面，更无需匹配块，其从很大程度上简化了电机结构和驱动电路，更加适合微型化。

所述压电电机的工作原理：由于所述定子是一个不对称结构使得兼并的弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个弯曲模态，只需对所述压电片加所述两个弯曲模态之间的频率的驱动信号就可以同时激发出两个弯曲模态振动，在所述振动体靠近定子的帽体的端面上耦合出一个方向椭圆运动轨迹，通过所述定子与转子之间摩擦力推动所述转子朝与所述椭圆运动轨迹的方向相反的一个方向旋转。当对所述压电片加所述定子扭转模态附近频率的驱动信号时，所述压电片的伸缩引起定子做弯曲振动，同时激发出扭转模态振动，二者在所述振动体靠近定子的帽体的端面上耦合出另一个方向旋转的椭圆运动轨迹，通过定转子之间的摩擦力驱动转子朝该椭圆运动轨迹的方向相反的另一个方向旋转。所以本发明压电电机只需改变驱动信号的频率就可以实现换向。

或者，所述的振动体的外侧面上设有两个相邻的平面，其中一个平面用于粘贴压电片，该平面的宽度等于所述的压电片的宽度，以保证压电片刚好位于该平面范围内。所述的两个相邻的平面最好相互垂直。

该情形下的压电电机只有一个管状振动体、一片压电片和一个驱动信号，与现有技术相比，只需在管状振动体的外侧面上加工出两个平面，更无需匹配块，其从很大程度上简化了电机结构和驱动电路，更加适合微型化。压电电机的工作原理：由于所述定子是一个不对称结构使得兼并的第二阶弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个弯曲模态，只需对所述压电片加所述两个弯曲模态之间的频率的驱动信号就可以同时激发出两个弯曲模态振动，在所述振动体靠近定子的帽体的端面上耦合出一个方向椭圆运动轨迹，通过所述定子与转子之间摩擦力推动所述转子朝与所述椭圆运动轨迹的方向相反的一个方向旋转；另外，由于此结构使得第三阶弯曲模态分裂出两个弯曲模态的弯曲方向的顺序跟第二阶的相反，二者在所述振动体靠近定子的帽体的端面上耦合出另一个方向旋转的椭圆运动轨迹，通过定转子之间的摩擦力驱动转子朝该椭圆运动轨迹的方向相反的另一个方向旋转。所以本发明压电电机只需改变驱动信号的频率就可以实现换向。

所述的粘贴的方式为胶体粘贴，一方面可以将压电片粘接在振动体上，另一方面可以用胶体填充压电片与振动体外侧面之间的缝隙。可采用市售的胶体如环氧树脂。

所述的压电片采用本领域通用的压电材料片，如可选用压电陶瓷片等。

所述的振动体的材料为金属，如铜、钢等金属。

所述的转子的材料为金属，如铜、钢等金属。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的压电电机，由于定子的不对称结构，使各阶弯曲模态的两个模态之间存在一定频率之差，对压电片加两个频率之间的驱动信号时，可以同时激发二者振动在定子端面上激发出一定方向的椭圆运动轨迹，可在不同阶的弯曲模态上实现不同方向的椭圆运动轨迹，也可以在扭转模态上实现不同方向的椭圆运动轨迹，从而推动转子朝不同方向旋转，只需在压电片上通入不同频率的驱动信号就可以实现双向旋转，与现有技术相比，其不需要匹配块，实现结构的简化，更适合微型化。

附图说明

图1是实施例1中本发明压电电机的结构示意图；

图2是实施例1中本发明压电电机的定子径向截面结构示意图；

图3是图1的结构分解示意图；

图4是实施例2中本发明的压电电机的结构示意图；

图5是实施例2中本发明的压电电机的定子轴向剖面结构示意图；

图6是图4的结构分解示意图；

图7是实施例3中本发明压电电机的结构示意图；

图8是实施例3中本发明压电电机的定子径向截面结构示意图；

图9是图7的结构分解示意图；

图10是实施例4中本发明的压电电机的结构示意图；

图11是实施例4中本发明的压电电机的定子轴向剖面结构示意图；

图12是图10的结构分解示意图；

图13是实施例5中本发明压电电机的结构示意图；

图14是实施例5中本发明压电电机的定子径向截面结构示意图；

图15是图13的结构分解示意图；

图16是实施例6中本发明的压电电机的结构示意图；

图17是实施例6中本发明的压电电机的定子轴向剖面结构示意图；

图18是图16的结构分解示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明并不仅限于以下实施方式。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本发明一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子旋转的转子2，转子2包括旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体，定子可通过夹持固定也可通过与定子固定连接的底座5进行固定；定子包括带中心孔的圆管状振动体1以及通过环氧树脂4a和环氧树脂4b直接粘贴在振动体1外侧面上的一个压电片3，且粘贴有压电片3的圆管状振动体1的径向截面为不对称图形，具体地，压电片3的宽度小于振动体1的外径，压电片3右侧面与振动体1的外侧面对齐，用环氧树脂4a和环氧树脂4b填充压电片3与振动体1外侧面之间的缝隙；帽体与振动体1接触，旋转体与振动体1的中心孔孔壁之间有间隙；振动体1置于底座5之上，并与底座5集合成一体，底座5有一个与振动体1中心孔相对应的通孔。旋转体贯穿振动体1的中心孔和底座5的通孔，并通过置于底座5通孔外侧的弹簧6，用螺母7套于转子末端，并用螺丝钉8进行固定，通过底座5把电机固定。振动体1、转子2和底座5采用黄铜制成。

利用一个驱动信号对压电片施加电压，通过改变驱动信号的频率控制压电电机的正反双向转动。

在压电片3上通与定子第二阶（或第三阶B₃）B₂弯曲模态频率附近的驱动信号时，其由于不对称结构设计，使得原本简并的第二阶（或第三阶）弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个第二阶（或第三阶）弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成顺时针方向椭圆运动轨迹，通过定子和转子2之间的摩擦力作用，驱动转子2朝逆时针方向旋转。

在压电片3上通与定子第二阶扭转模态频率附近的驱动信号时，此时压电片3的变形引起定子沿压电片3厚度方向弯曲振动的同时激发定子绕定子轴向的扭转振动，二者耦合形成逆时针方向的椭圆运动轨迹，通过定子和转子2之间的摩擦力推动电机转子2实现顺时针方向旋转。

当在压电片3上通与定子第二阶（或第一阶B₀₂）B₁₂(B12为有限长圆柱壳的固有振动，其中1为表示轴向节圆的个数，2表示周向波的个数)弯曲振动模态频率附近的驱动信号时，使得原本简并的B₁₂（或B₀₂）弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个B₁₂（或B₀₂）弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成逆时针方向椭圆运动轨迹，通过定子和转子2之间的摩擦力作用，驱动转子2朝顺时针方向旋转。

通过改变驱动信号的频率就可以控制电机的双方向旋转，其只需要一路驱动信号，简化驱动电路，使得整个电机系统可以更容易实现微型化。

实施例2

如图4、图5和图6所示，本发明一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子转动并通过螺纹驱动上下运动的螺杆9，螺杆的螺纹为右旋螺纹，螺杆末端为磁性体，定子可通过夹持固定也可通过与定子固定连接的底座5进行固定；定子包括带中心孔的圆管状振动体1以及通过环氧树脂4a和环氧树脂4b直接粘贴在振动体1外侧面上的一个压电片3，且粘贴有压电片3的圆管状振动体1的径向截面为不对称图形，具体地，压电片3的宽度小于振动体1的外径，压电片3右侧面与振动体1的外侧面对齐，用环氧树脂4a和环氧树脂4b填充压电片3与振动体1外侧面之间的缝隙；螺杆9与振动体1上端部的螺纹相配合，螺杆与振动体1的中心孔孔壁之间有间隙；振动体1置于底座5之上，并与底座5集合成一体，底座5为一磁性体，其与螺杆9之间磁性力为螺杆9与定子端部螺纹之间配合提供预压力，底座5有一个与振动体1中心孔相对应的通孔。螺杆9贯穿振动体1的中心孔和底座5的通孔，通过底座5把电机固定。振动体1采用黄铜制成。

利用一个驱动信号对压电片施加电压，通过改变驱动信号的频率控制螺杆的上下双向运动。

在压电片3上通与定子第二阶（或第三阶B₃）B₂弯曲模态频率附近的驱动信号时，其由于不对称结构设计，使得原本简并的第二阶（或第三阶）弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个第二阶（或第三阶）弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成顺时针方向椭圆运动轨迹，通过螺纹驱动原理，驱动螺杆9朝上运动。

在压电片3上通与第二阶扭转模态频率附近的驱动信号时，此时压电片3的变形引起定子沿压电片3厚度方向弯曲振动的同时激发定子绕定子轴向的扭转振动，二者耦合形成逆时针方向的椭圆运动轨迹，通过螺纹驱动原理，驱动螺杆9朝下运动。

在压电片3上通与第二阶（或第一阶B₀₂）B₁₂(B12为有限长圆柱壳的固有振动，其中1为表示轴向节圆的个数，2表示周向波的个数)弯曲振动模态频率附近的驱动信号时，使得原本简并的B₁₂（或B₀₂）弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个B₁₂（或B₀₂）弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成逆时针方向椭圆运动轨迹，通过螺纹驱动原理，驱动螺杆9朝下运动。

通过改变驱动信号的频率就可以控制电机的动子双方向运动，其只需要一路驱动信号，简化驱动电路，使得整个电机系统可以更容易实现微型化。

实施例3

如图7、图8和图9所示，本发明一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子旋转的转子2，转子2包括旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体，定子可通过夹持固定也可通过与定子固定连接的底座5进行固定；定子包括带中心孔的圆管状振动体1以及通过环氧树脂4粘贴在振动体1外侧面上的一个压电片3，且粘贴有压电片3的圆管状振动体1的径向截面为不对称图形，具体地，振动体1的外侧面上设有一个平面，该平面的宽度小于压电片3的宽度，压电片3粘贴在该平面上，压电片3的左侧面与该平面左边界对齐，压电片3的右侧面与振动体1的外侧面对齐，用环氧树脂4填充压电片3与振动体1外侧面之间的缝隙；帽体与振动体1接触，旋转体与振动体1的中心孔孔壁之间有间隙；振动体1置于底座5之上，并与底座5集合成一体，底座5有一个与振动体1中心孔相对应的通孔。旋转体贯穿振动体1的中心孔和底座5的通孔，并通过置于底座5通孔外侧的弹簧6，用螺母7套于转子末端，并用螺丝钉8进行固定，通过底座5把电机固定。振动体1、转子2和底座5采用黄铜制成。

利用一个驱动信号对压电片施加电压，通过改变驱动信号的频率控制压电电机的正反双向转动。

在压电片3上通与定子第二阶（或第三阶B₃）B₂弯曲模态频率附近的驱动信号时，其由于不对称结构设计，使得原本简并的第二阶（或第三阶）弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个第二阶（或第三阶）弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成顺时针方向椭圆运动轨迹，通过定子和转子2之间的摩擦力作用，驱动转子2朝逆时针方向旋转。

在压电片3上通与第二阶扭转模态频率附近的驱动信号时，此时压电片3的变形引起定子沿压电片3厚度方向弯曲振动的同时激发定子绕定子轴向的扭转振动，二者耦合形成逆时针方向的椭圆运动轨迹，通过定子和转子2之间的摩擦力推动电机转子2实现顺时针方向旋转。

在压电片3上通与第二阶（或第一阶B₀₂）B₁₂(B12为有限长圆柱壳的固有振动，其中1为表示轴向节圆的个数，2表示周向波的个数)弯曲振动模态频率附近的驱动信号时，使得原本简并的B₁₂（或B₀₂）弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个B₁₂（或B₀₂）弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成逆时针方向椭圆运动轨迹，通过定子和转子2之间的摩擦力作用，驱动转子2朝顺时针方向旋转。

通过改变驱动信号的频率就可以控制电机的双方向旋转，其只需要一路驱动信号，简化驱动电路，使得整个电机系统可以更容易实现微型化。

实施例4

如图10、图11和图12所示，本发明一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子转动并通过螺纹驱动上下运动的螺杆9，螺杆的螺纹为右旋螺纹，螺杆末端为磁性体，定子可通过夹持固定也可通过与定子固定连接的底座5进行固定；定子包括带中心孔的圆管状振动体1以及通过环氧树脂4粘贴在振动体1外侧面上的一个压电片3，且粘贴有压电片3的圆管状振动体1的径向截面为不对称图形，具体地，振动体1的外侧面上设有一个平面，该平面的宽度小于压电片3的宽度，压电片3粘贴在该平面上，压电片3的左侧面与该平面左边界对齐，压电片3的右侧面与振动体1的外侧面对齐，用环氧树脂4填充压电片3与振动体1外侧面之间的缝隙；螺杆9与振动体1上端部的螺纹相配合，螺杆与振动体1的中心孔孔壁之间有间隙；振动体1置于底座5之上，并与底座5集合成一体，底座5为一磁性体，其与螺杆9之间磁性力为螺杆9与定子端部螺纹之间配合提供预压力，底座5有一个与振动体1中心孔相对应的通孔。螺杆9贯穿振动体1的中心孔和底座5的通孔，通过底座5把电机固定。振动体1采用黄铜制成。

利用一个驱动信号对压电片施加电压，通过改变驱动信号的频率控制螺杆的上下双向运动。

在压电片3上通与定子第二阶（或第三阶B₃）B₂弯曲模态频率附近的驱动信号时，其由于不对称结构设计，使得原本简并的第二阶（或第三阶）弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个第二阶（或第三阶）弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成顺时针方向椭圆运动轨迹，通过螺纹驱动原理，驱动螺杆9朝上运动。

在压电片3上通与第二阶扭转模态频率附近的驱动信号时，此时压电片3的变形引起定子沿压电片3厚度方向弯曲振动的同时激发定子绕定子轴向的扭转振动，二者耦合形成逆时针方向的椭圆运动轨迹，通过螺纹驱动原理，驱动螺杆9朝下运动。

在压电片3上通与第二阶（或第一阶B₀₂）B₁₂(B12为有限长圆柱壳的固有振动，其中1为表示轴向节圆的个数，2表示周向波的个数)弯曲振动模态频率附近的驱动信号时，使得原本简并的B₁₂（或B₀₂）弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个B₁₂（或B₀₂）弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成逆时针方向椭圆运动轨迹，通过螺纹驱动原理，驱动螺杆9朝下运动。

通过改变驱动信号的频率就可以控制电机的动子双方向运动，其只需要一路驱动信号，简化驱动电路，使得整个电机系统可以更容易实现微型化。

实施例5

如图13、图14和图15所示，本发明一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子旋转的转子2，转子2包括旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体，定子可通过夹持固定也可通过与定子固定连接的底座5进行固定；定子包括带中心孔的圆管状振动体1以及通过环氧树脂粘贴在振动体1外侧面上的一个压电片3，且粘贴有压电片3的圆管状振动体1的径向截面为不对称图形，具体地，振动体1的外侧面上设有两个相邻的平面，其中一个平面用于粘贴压电片3，该平面的宽度等于压电片3的宽度，压电片3两侧面与该平面两边界对齐，以保证压电片3刚好位于该平面范围内，两个相邻的平面最好相互垂直；帽体与振动体1接触，旋转体与振动体1的中心孔孔壁之间有间隙；振动体1置于底座5之上，并与底座5集合成一体，底座5有一个与振动体1中心孔相对应的通孔。旋转体贯穿振动体1的中心孔和底座5的通孔，并通过置于底座5通孔外侧的弹簧6，用螺母7套于转子末端，并用螺丝钉8进行固定，通过底座5把电机固定。振动体1、转子2和底座5采用黄铜制成。

利用一个驱动信号对压电片施加电压，通过改变驱动信号的频率控制压电电机的正反双向转动。

在压电片3上通与定子第二阶弯曲模态频率附近的驱动信号时，其由于不对称结构设计，使得原本简并的第二阶弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个第二阶弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成逆时针方向椭圆运动轨迹，通过定子和转子2之间的摩擦力作用，驱动转子2朝顺时针方向旋转。

在压电片3上通与定子第三阶弯曲模态频率附近的驱动信号时，其由于不对称结构设计和另一个平面对截面惯性矩主轴的调制，使得原本简并的第三阶弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个第三阶弯曲模态，并且使得两个弯曲模态弯曲方向的先后顺序和第二阶两个弯曲模态弯曲方向顺序相反，所以只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成顺时针方向椭圆运动轨迹，通过定子和转子2之间的摩擦力作用，驱动转子2朝逆时针方向旋转。

通过改变驱动信号的频率就可以控制电机的双方向旋转，其只需要一路驱动信号，简化驱动电路，使得整个电机系统可以更容易实现微型化。

实施例6

如图13、图14和图15所示，本发明一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子转动并通过螺纹驱动上下运动的螺杆9，螺杆的螺纹为右旋螺纹，螺杆末端为磁性体，定子可通过夹持固定也可通过与定子固定连接的底座5进行固定；定子包括带中心孔的圆管状振动体1以及通过环氧树脂粘贴在振动体1外侧面上的一个压电片3，且粘贴有压电片3的圆管状振动体1的径向截面为不对称图形，具体地，振动体1的外侧面上设有两个相邻的平面，其中一个平面用于粘贴压电片3，该平面的宽度等于压电片3的宽度，压电片3两侧面与该平面两边界对齐，以保证压电片3刚好位于该平面范围内，两个相邻的平面最好相互垂直；螺杆9与振动体1上端部的螺纹相配合，螺杆与振动体1的中心孔孔壁之间有间隙；振动体1置于底座5之上，并与底座5集合成一体，底座5有一个与振动体1中心孔相对应的通孔。底座5为一磁性体，其与螺杆9之间磁性力为螺杆9与定子端部螺纹之间配合提供预压力，底座5有一个与振动体1中心孔相对应的通孔。螺杆9贯穿振动体1的中心孔和底座5的通孔，通过底座5把电机固定。振动体1采用黄铜制成。

利用一个驱动信号对压电片施加电压，通过改变驱动信号的频率控制螺杆的上下双向运动。

在压电片3上通与定子第二阶弯曲模态频率附近的驱动信号时，其由于不对称结构设计，使得原本简并的第二阶弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个第二阶弯曲模态，只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成逆时针方向椭圆运动轨迹，通过螺纹驱动原理，驱动螺杆9朝下运动。

在压电片3上通与定子第三阶弯曲模态频率附近的驱动信号时，其由于不对称结构设计和另一个平面对截面惯性矩主轴的调制，使得原本简并的第三阶弯曲模态分裂为有一定频率之差的两个第三阶弯曲模态，并且使得两个弯曲模态弯曲方向的先后顺序和第二阶两个弯曲模态弯曲方向顺序相反，所以只需一片压电片驱动就可以同时激发两个分裂模态振动响应，二者耦合成顺时针方向椭圆运动轨迹，通过螺纹驱动原理，驱动螺杆9朝上运动。

通过改变驱动信号的频率就可以控制电机的双方向旋转，其只需要一路驱动信号，简化驱动电路，使得整个电机系统可以更容易实现微型化。

Claims (10)

1.一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子旋转的转子，所述的转子包括旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体，其特征在于，所述的定子包括带中心孔的圆管状振动体以及粘贴在振动体外侧面上的一个压电片，且粘贴有压电片的圆管状振动体的径向截面为不对称图形；

所述的旋转体贯穿振动体的中心孔；

所述的帽体与振动体接触，所述的旋转体与振动体的中心孔孔壁之间有间隙；

压电电机的转向受控于驱动信号的频率。

2.根据权利要求1所述的频率控制型单驱双向杆式压电电机，其特征在于，所述的旋转体和帽体的连接处设有过渡斜面杆体结构，所述圆管状振动体上端设有一内凹圆环形斜面，与旋转体和帽体连接处的过渡斜面杆体结构相配合。

3.根据权利要求1所述的频率控制型单驱双向杆式压电电机，其特征在于，所述的旋转体的另一端设有用于使转子的帽体与定子的振动体紧密接触的弹性机构。

4.根据权利要求3所述的频率控制型单驱双向杆式压电电机，其特征在于，所述的弹性机构为弹性卡片或为由弹簧与螺母和螺钉组成的复合弹性机构。

5.一种频率控制型单驱双向杆式压电电机，包括定子以及可相对定子运动的动子，其特征在于，所述的定子包括带中心孔的圆管状振动体以及粘贴在振动体外侧面上的一个压电片，且粘贴有压电片的圆管状振动体的径向截面为不对称图形；

所述管状振动体上端部设有内螺纹，所述动子为一根螺杆且贯穿振动体的中心孔，所述螺杆的螺纹与管状振动体的内螺纹相吻合；

所述动子的运动方向受控于驱动信号的频率。

6.根据权利要求1或5所述的频率控制转向型单驱双向杆式压电电机，其特征在于，所述的压电片直接粘贴在振动体的外侧面上，压电片的宽度小于振动体的外径，且压电片一侧面与振动体的外侧面对齐。

7.根据权利要求1或5所述的频率控制型单驱双向杆式压电电机，其特征在于，所述的振动体的外侧面上设有一个平面，所述的平面的宽度小于所述的压电片的宽度，所述的压电片粘贴在平面上，所述的压电片一侧面与所述的平面一侧面对齐，所述的压电片另一侧面最远与振动体的外侧面对齐。

8.根据权利要求1或5所述的频率控制型单驱双向杆式压电电机，其特征在于，所述的振动体的外侧面上设有两个相邻的平面，其中一个平面用于粘贴压电片，该平面的宽度等于所述的压电片的宽度。

9.根据权利要求8所述的频率控制型单驱双向杆式压电电机，其特征在于，所述的两个相邻的平面相互垂直。

10.根据权利要求1或5所述的频率控制型单驱双向杆式压电电机，其特征在于，所述的粘贴的方式为胶体粘贴。

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