CN104601039A - 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机及其驱动方式 - Google Patents
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Abstract
一种减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机及其驱动方式，属于压电电机类。该电机由塔形定子和一倾斜动子组成。所述定子整体呈塔形，包括塔形金属体和三相共十片压电陶瓷两部分，其中塔形金属体由一个驱动足、一个柔性放大圆孔和两个矩形柱构成，三相共十片压电陶瓷对称地粘贴在塔形金属体的外表面。所述倾斜动子为一倾斜安装的直线导轨，由预压力压在塔形定子的驱动足上。该电机设计有共振和非共振两种驱动方式。在共振驱动方式，塔形定子在减摩并模态驱动下推动导轨正反向运动；在非共振驱动方式，塔形定子在减摩并强迫振动的驱动下推动导轨正反向运动。相对现有压电电机，该电机不但能够有效提高输出功率，而且驱动频带宽、工作可靠。
Description
技术领域：
本发明的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机及其驱动方式，属压电电机领域。
背景技术：
压电电机是利用压电陶瓷的逆压电效应进行工作的新型动力输出装置。其中，直线压电电机属于压电电机的一种。与传统电磁电机相比，压电电机具有低速大力矩，瞬态响应快，定位精度高，控制特性好，不产生磁场也不受磁场影响等优点，在精密驱动，医疗器械，汽车，航空航天等领域有着广泛的应用前景。
经对现有斜动子压电电机的文献检索发现，专利发明人为黄卫清、陈乾伟且专利授权号为ZL 200910185020.X的中国专利《双向单模态斜轨塔形直线超声电机及电激励方式》详细描述了一种斜动子粘贴片式塔形直线压电电机，这种塔形压电电机具有以下典型特征：该电机由塔形定子和倾斜θ度角的直线导轨组成，其中塔形定子包括塔形金属体和两相共六片压电陶瓷两部分，其中倾斜导轨由预压力压在塔形金属体的驱动足上。塔形金属体由一个驱动足、一个柔性放大圆孔和两个矩形柱构成，塔形金属体的外表面对称地粘贴有六片压电陶瓷，用于激发定子的两个正交工作模态：x-z面内对称振动模态和y-z面内二阶弯振模态。当用单相电压信号激发定子的任意一个工作模态时，定子驱动足表面质点的运动轨迹相对于导轨是一条斜直线，且斜直线的倾斜方向随工作模态的改变而改变，从而推动导轨正反向运动。
经对现有减摩并模态驱动压电电机的文献检索发现，专利发明人为陈乾伟、周扩建和周霞且专利申请号为CN201310365952.9的中国专利《单模态并减摩驱动的单足板形压电电机其工作模式》详细描述了一种振子主体材料为压电陶瓷的单驱动足板形压电电机；这种板形压电电机最典型的特征：它是基于减摩驱动与模态驱动相结合的驱动机理进行工作的。
在背景技术中的上述若干压电电机虽然具有模态驱动原理和减摩驱动原理等值得称道之处，但都存在各自的不足。
专利发明人为黄卫清、陈乾伟且专利授权号为ZL 200910185020.X的中国专利《双向单模态斜轨塔形直线超声电机及电激励方式》所描述的斜动子粘贴片式塔形直线压电电机的不足之处在于：该压电电机采用的是单模态驱动，属于成熟的设计方案；但是从科技进步的角度来看，应该在该专利所描述的斜动子粘贴片式塔形直线压电电机的单模态驱动机理的基础上，融入其它驱动机理，用于研发新型的压电电机。解决此不足之处的办法：在单模态驱动原理的基础上，有机地融入减摩驱动原理，用于研发新型的压电电机。
专利发明人为陈乾伟、周扩建和周霞且专利申请号为CN201310365952.9的中国专利《单模态并减摩驱动的单足板形压电电机其工作模式》所描述的单驱动足板形压电电机的不足之处在于：该压电电机的单模态并减摩驱动机理中的单模态驱动部分采用的是非对称激励及非对称衰减的E(3，1)振动模态；由于非对称激励及非对称衰减的E(3，1)振动模态对板形压电电机的结构形式和结构尺寸有特定的要求，限制了该压电电机的适用范围；此外，该压电电机在非共振驱动方式下强迫振动的驱动是“stick-slip” 驱动方式，“stick-slip” 驱动方式的典型特征是在驱动过程中定子与动子始终保持接触，限制了电机的功率输出。解决这些不足之处的办法：采用新的电机结构形式并采用与新结构相适应的工作模态进行单模态驱动；针对“stick-slip” 驱动方式的不足，优化电机的整体结构设计，提高电机的功率输出。
发明内容：
本发明针对现有技术的不足，提出一种减摩并模态驱动、可实现正反向运动、结构简单、推重比大、激振效率高、振动能利用率高、响应速度快的斜动子塔形压电电机及其驱动方式。
为达此目的，本发明提供一种减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机，塔形电机由塔形定子和倾斜动子构成，其中倾斜动子为一倾斜安装角为θ度的直线导轨，所述直线导轨在预压力的作用下压在塔形定子的驱动足上；塔形定子由塔形金属体和三相共十片压电陶瓷两部分组成，其中塔形金属体由一个驱动足、一个柔性放大圆孔、左矩形柱和右矩形柱构成，三相共十片压电陶瓷对称地粘贴在塔形金属体的外表面，这些压电陶瓷沿厚度方向极化，利用逆压电d31效应激发塔形定子的振动；三相共十片压电陶瓷包括A相、B相和C相共三相压电陶瓷，其中塔形定子的A相和B相用于共振驱动方式下的模态驱动或非共振驱动方式下的强迫振动驱动，塔形定子的C相用于减摩驱动。
作为本发明的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的进一步细化，所述减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的导轨倾斜安装角θ的设计原则如下，模态振幅沿定子与导轨接触界面的法向分量要大于定子与导轨接触界面的粗糙度Ra；即设定子的x－z面内对称振动模态的振幅为U，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：Uf=Ucosθ；设定子的y－z面内二阶弯曲振动模态的振幅为V，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：Vf=Vsinθ；要使定子有效地驱动导轨，必须满足以下条件：Ucosθ>Ra，Vsinθ>Ra ；所述导轨倾斜安装角θ的选择范围为arcsin(Ra/V)<θ<arccos(Ra/U)。
作为本发明的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的进一步细化，所述斜动子塔形压电电机设计有共振和非共振两种驱动方式，在共振驱动方式，塔形定子在模态并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动；在非共振驱动方式，塔形定子在强迫振动并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动。
作为本发明的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的进一步细化，所述斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下的接线方式与在非共振驱动方式下的接线方式相同，其接线方式如下：塔形金属体用于接地；由分别贴在左矩形柱侧面和右矩形柱侧面的共两块压电陶瓷片相互连接构成电机的A相，所述两片压电陶瓷分别为第一压电陶瓷和第二压电陶瓷；由分别贴在左矩形柱和右矩形柱前、后表面的共四片压电陶瓷相互连接构成电机的B相，所述四片压电陶瓷分别为第三压电陶瓷、第四压电陶瓷、第五压电陶瓷和第六压电陶瓷；由分别贴在驱动足下方前、后、左、右表面的共四片压电陶瓷相互连接构成电机的C相，所述四片压电陶瓷分别为第七压电陶瓷、第八压电陶瓷、第九压电陶瓷和第十压电陶瓷；压电陶瓷的极化方向为沿压电陶瓷的厚度方向进行极化，电机的A相和B相用于共振驱动方式下的模态驱动或非共振驱动方式下的强迫振动驱动，电机的C相用于减摩驱动。
作为本发明的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的进一步细化，在共振驱动方式，驱动电机的工作模态分别为塔形定子的x-z面内对称振动模态或y-z面内二阶弯振模态，x-z面内对称振动模态的共振频率为，y-z面内二阶弯振模态的共振频率为；同时以减摩方式驱动电机工作的为驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，减摩驱动激励信号的频率为，；
其中x-z面内对称振动模态由电机的A相激发，当定子以x-z面内对称振动模态振动时，左矩形柱和右矩形柱产生局部弯振，并带动驱动足产生垂直方向的振动；
其中y-z面内二阶弯振模态由电机的B相激发，当定子以y-z面内二阶弯振模态振动时，驱动足产生水平振动；
设沿斜导轨向左上为正方向，沿斜导轨向右下为负方向；
在电机的A相上施加的激励信号为，接近；可激发x-z面内对称振动模态，带动定子的驱动足产生垂直方向的振动；同时电机的B相不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号，用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，用于减摩驱动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点垂直方向的振动轨迹是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角为（90－θ）度，推动压在驱动足上的导轨正向运动；
在电机的B相上施加的激励信号为，接近；可激发y-z面内二阶弯振模态，带动定子的驱动足产生水平方向的振动；同时电机的A相不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号，用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，用于减摩驱动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点水平方向的振动轨迹是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角为（180－θ）度，推动压在驱动足上的导轨反向运动；上述在共振驱动方式下的减摩并模态驱动，在理论上比在共振驱动方式下单独采用模态驱动或减摩驱动的输出功率和输出效率都要大。
作为本发明的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的进一步细化，在非共振驱动方式，驱动电机工作的强迫振动的振型分别为塔形定子的x-z面内强迫纵振或y－z面内强迫弯曲振动，上述强迫振动激励信号的频率分别为和；同时以减摩方式驱动电机工作的为驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，减摩驱动激励信号的频率为，；
其中x-z面内强迫纵振由电机的A相激发，当定子以x-z面内强迫纵振振动时，带动驱动足产生垂直方向的振动；
其中y－z面内强迫弯曲振动由电机的B相激发，当定子以y－z面内强迫弯曲振动振动时，带动驱动足产生水平振动；
设沿斜导轨向左上为正方向，沿斜导轨向右下为负方向；
在电机的A相上施加频率为的激励信号，可激发定子产生x-z面内强迫纵振，并带动驱动足产生垂直方向的振动；同时电机的B相不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号，用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，用于减摩驱动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点垂直方向的振动轨迹是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角为（90－θ）度，推动压在驱动足上的导轨正向运动；
在电机的B相上施加频率为的激励信号，可激发定子产生y－z面内强迫弯曲振动，并带动定子的驱动足产生水平方向的振动；同时电机的A相不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号，用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，用于减摩驱动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点水平方向的振动轨迹是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角为（180－θ）度，推动压在驱动足上的导轨反向运动；上述在非共振驱动方式的减摩并强迫振动的驱动，在理论上比非共振驱动方式下单独采用强迫振动驱动或减摩驱动的输出功率和输出效率都要大。
作为本发明的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的进一步细化，在非共振驱动方式，电机的A相或B相输入的激励信号为连续正弦波或非对称锯齿波或非对称梯形波或方波激励信号，电机的C相输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号；当电机的A相或B相输入的激励信号为连续正弦波或非对称锯齿波或非对称梯形波或方波激励信号，由于直线导轨的倾斜安装角为θ度，使得在强迫振动的推程塔形定子与导轨是接触的，而在强迫振动的回程塔形定子与导轨是脱离的，即该电机在非共振驱动方式下强迫振动的驱动是“推程接触-回程脱离” 的驱动方式；与“stick-slip”驱动方式相比较，“推程接触-回程脱离” 的驱动方式能够提供更大的输出功率。
和背景技术相比，本发明的减摩并模态驱动的塔形压电电机及其驱动方式的创新之处在于：
1．与专利发明人为黄卫清、陈乾伟且专利授权号为ZL 200910185020.X的中国专利《双向单模态斜轨塔形直线超声电机及电激励方式》所描述的斜动子粘贴片式塔形直线压电电机相比，背景技术中黄卫清等提出的斜动子粘贴片式塔形压电电机是利用模态驱动原理进行工作的；而本发明的斜动子塔形压电电机是利用减摩驱动原理和模态驱动原理两者有机结合的驱动原理进行工作的，这种新型的驱动原理在理论上能够提供更大的输出功率。
2．与专利发明人为陈乾伟、周扩建和周霞且专利申请号为CN201310365952.9的中国专利《单模态并减摩驱动的单足板形压电电机其工作模式》所描述了的板形压电电机相比，背景技术中陈乾伟等提出的板形压电电机的结构采用板形结构，板形电机驱动机理中的模态驱动部分采用的是与板形结构相适应的非对称激励及非对称衰减的E(3，1)振动模态的单模态驱动；而本发明的斜动子塔形压电电机的结构采用塔形结构，塔形电机的驱动机理中的模态驱动部分采用的是与塔形结构相适应的x-z面内对称振动模态或y-z面内二阶弯振模态的单模态驱动；这种新型结构以及新的驱动模态在理论上能够使本发明的塔形压电电机具有新的适用范围。此外，背景技术中板形压电电机在非共振驱动方式下强迫振动的驱动是“stick-slip”驱动方式，在这种驱动方式下，板形压电电机的定子与动子在驱动过程中始终是接触的，这使得板形压电电机在驱动过程中的功率损失较大；而本发明的斜动子塔形压电电机，由于直线导轨的倾斜安装角为θ度，使得在强迫振动的推程塔形定子与导轨是接触的，而在强迫振动的回程塔形定子与导轨是脱离的，即该电机在非共振驱动方式下强迫振动的驱动是“推程接触-回程脱离” 的驱动方式，与“stick-slip”驱动方式相比较，“推程接触-回程脱离” 的驱动方式能够提供更大的输出功率。
3．本发明的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机及其驱动方式，其最大的创新点在于：（1）结构创新。和背景技术中的黄卫清等提出的斜动子粘贴片式塔形压电电机相比，本发明的斜动子塔形压电电机在结构上增加了减摩驱动相，使之适用于减摩并模态驱动的驱动方式；（2）驱动模态和驱动机理的创新。背景技术中的板形电机驱动机理中的模态驱动部分采用的是与板形结构相适应的非对称激励及非对称衰减的E(3，1)振动模态的单模态驱动，而本发明的斜动子塔形压电电机驱动机理中的模态驱动部分采用的是与塔形结构相适应的x-z面内对称振动模态或y-z面内二阶弯振模态的单模态驱动，这种新型结构以及新的驱动模态在理论上能够使本发明的塔形压电电机具有新的适用范围。此外，背景技术中板形压电电机强迫振动的驱动是“stick-slip”驱动方式，在这种驱动方式下，板形压电电机的定子与动子在驱动过程中始终是接触的，这使得板形压电电机在驱动过程中的功率损失较大；而本发明的斜动子塔形压电电机，由于直线导轨的倾斜安装角为θ度，使得在强迫振动的推程塔形定子与导轨是接触的，而在强迫振动的回程塔形定子与导轨是脱离的，即本发明的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下强迫振动的驱动是“推程接触-回程脱离” 的驱动方式，与“stick-slip”驱动方式相比较，“推程接触-回程脱离” 的驱动方式能够提供更大的输出功率。
综上所述，本发明的斜动子塔形压电电机具有减摩并模态驱动、可实现正反向运动，并且结构简单、推重比大、激振效率高、振动能利用率高、响应速度快等优点；除了上述优点之外，由于本发明的斜动子塔形压电电机同时具有共振和非共振两种驱动方式，使得本发明的斜动子塔形压电电机还具有以下优点：电机既具有共振驱动方式下运行速度高的优点，又具有非共振驱动方式下低速运行稳定性好和定位精度高等优点；因此本发明的塔形压电电机预计将在精密驱动（例如照相机的快速调焦装置），医疗器械，汽车，航空航天等领域有着广泛的应用前景。
附图说明：
图1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机结构示意图。
图2-1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机定子结构及压电陶瓷极化布置x－z平面示意图。
图2-2. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机定子结构及压电陶瓷极化布置x－y平面示意图。
图2-3. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机定子结构及压电陶瓷极化布置y－z平面示意图。
图3. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机定子在共振驱动方式下和非共振驱动方式下的接线方式示意图。
图4-1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机定子在共振驱动方式下x-z面内对称振动模态的振型。
图4-2. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机定子在共振驱动方式下y-z面内二阶弯振模态的振型。
图5-1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下A相模态驱动下定子驱动足表面质点形成的垂直方向直线运动轨迹。
图5-2. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下A相模态驱动下单个周期垂直方向直线运动轨迹的推程运动轨迹部分和回程运动轨迹部分。
图5-3. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下B相模态驱动下定子驱动足表面质点形成的水平方向直线运动轨迹。
图5-4. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下B相模态驱动下单个周期水平方向直线运动轨迹的推程运动轨迹部分和回程运动轨迹部分。
图5-5. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下A相或B相单个周期正弦波驱动信号的推程信号部分和回程信号部分。
图5-6. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下A相或B相模态驱动并C相减摩驱动的激励信号。
图6-1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机定子在非共振驱动方式下x-z面内强迫纵振的振型示意图。
图6-2. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机定子在非共振驱动方式下y-z面内强迫弯曲振动的振型示意图。
图7-1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相强迫振动驱动下定子驱动足表面质点形成的垂直方向直线运动轨迹。
图7-2. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相强迫振动驱动下单个周期垂直方向直线运动轨迹的推程运动轨迹部分和回程运动轨迹部分。
图7-3. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下B相强迫振动驱动下定子驱动足表面质点形成的水平方向直线运动轨迹。
图7-4. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下B相强迫振动驱动下单个周期水平方向直线运动轨迹的推程运动轨迹部分和回程运动轨迹部分。
图8-1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续正弦波信号激励下A相或B相单个周期正弦波驱动信号的推程信号部分和回程信号部分。
图8-2. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续正弦波信号激励下强迫振动驱动并C相减摩驱动的激励信号。
图9-1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续非对称锯齿波信号激励下A相或B相单个周期非对称锯齿波驱动信号的推程信号部分和回程信号部分。
图9-2. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续非对称锯齿波信号激励下强迫振动驱动并C相减摩驱动的激励信号。
图10-1. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续非对称梯形波信号激励下A相或B相单个周期非对称梯形波驱动信号的推程信号部分和回程信号部分。
图10-2. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续非对称梯形波信号激励下强迫振动驱动并C相减摩驱动的激励信号。
图11. 减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的第二个实施例的结构示意图。
图中标号名称：1、塔形定子；2、直线导轨；3、塔形金属体；4、三相共十片压电陶瓷；5、直线导轨的倾斜安装角θ；6、驱动足；7、柔性放大圆孔；8、左矩形柱；9、右矩形柱；10、第一压电陶瓷；11、第二压电陶瓷；12、第三压电陶瓷；13、第四压电陶瓷；14、第五压电陶瓷；15、第六压电陶瓷；16、第七压电陶瓷；17、第八压电陶瓷；18、第九压电陶瓷；19、第十压电陶瓷；20、压电陶瓷的极化方向；21、塔形定子的A相；22、塔形定子的B相；23、塔形定子的C相；24、塔形定子的接地；25、塔形定子在共振驱动方式下x－z面内对称振动模态的振型；26、塔形定子在共振驱动方式下y－z面内二阶弯曲振动模态的振型；27、A相模态驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的垂直方向的振动轨迹；28、A相模态驱动下垂直方向的振动轨迹与倾斜直线导轨的夹角；29、A相模态驱动下垂直方向的振动轨迹的推程轨迹部分；30、A相模态驱动下垂直方向的振动轨迹的回程轨迹部分；31、B相模态驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的水平方向的振动轨迹；32、B相模态驱动下水平方向的振动轨迹与倾斜直线导轨的夹角；33、B相模态驱动下水平方向的振动轨迹的推程轨迹部分；34、B相模态驱动下水平方向的振动轨迹的回程轨迹部分；35、在共振驱动方式下塔形定子的A相或B相输入的单个周期的正弦驱动信号；36、在共振驱动方式下A相或B相输入的单个周期正弦驱动信号中3π/2至5π/2的推程信号部分；37、在共振驱动方式下A相或B相输入的单个周期正弦驱动信号中π/2至3π/2的回程信号部分；38、在共振驱动方式下A相或B相输入的连续正弦波驱动信号；39、在共振驱动方式下C相输入的减摩驱动信号；40、塔形定子在非共振驱动方式下x-z面内强迫纵振的振型；41、塔形定子在非共振驱动方式下y－z面内强迫弯曲振动的振型；42、A相强迫振动驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的垂直方向的振动轨迹；43、A相强迫振动驱动下垂直方向的振动轨迹与倾斜直线导轨的夹角；44 、A相强迫振动驱动下垂直方向的振动轨迹的推程轨迹部分；45、A相强迫振动驱动下垂直方向的振动轨迹的回程轨迹部分；46、B相强迫振动驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的水平方向的振动轨迹；47、B相强迫振动驱动下水平方向的振动轨迹与倾斜直线导轨的夹角；48、B相强迫振动驱动下水平方向的振动轨迹的推程轨迹部分；49、B相强迫振动驱动下水平方向的振动轨迹的回程轨迹部分；50、在非共振驱动方式下塔形定子的A相或B相输入的单个周期的正弦波驱动信号；51、在非共振驱动方式下A相或B相输入的单个周期正弦波驱动信号中3π/2至5π/2的推程信号部分；52、在非共振驱动方式下A相或B相输入的单个周期正弦波驱动信号中π/2至3π/2的回程信号部分；53、在非共振驱动方式下A相或B相输入的连续正弦波驱动信号；54、在非共振驱动方式下C相输入的减摩驱动信号；55、在非共振驱动方式下塔形定子的A相或B相输入的单个周期的非对称锯齿波驱动信号；56、在非共振驱动方式下A相或B相输入的单个周期非对称锯齿波驱动信号中0至t1的推程信号部分；57、在非共振驱动方式下A相或B相输入的单个周期非对称锯齿波驱动信号中t1至t2的回程信号部分；58、在非共振驱动方式下A相或B相输入的连续非对称锯齿波驱动信号；59、在非共振驱动方式下C相输入的减摩驱动信号；60、在非共振驱动方式下塔形定子的A相或B相输入的单个周期的非对称梯形波驱动信号；61、在非共振驱动方式下A相或B相输入的单个周期非对称梯形波驱动信号中0至t2的推程信号部分；62、在非共振驱动方式下A相或B相输入的单个周期非对称梯形波驱动信号中t2至t4的回程信号部分；63、在非共振驱动方式下A相或B相输入的连续非对称梯形波驱动信号；64、在非共振驱动方式下C相输入的减摩驱动信号；65、叠层压电陶瓷；66、耐磨材料。
具体实施方式：
本发明针对现有技术的不足，提出一种减摩并模态驱动、可实现正反向运动、结构简单、推重比大、激振效率高、振动能利用率高、响应速度快的斜动子塔形压电电机及其驱动方式。
一种减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的结构如图1所示，斜动子塔形电机由塔形定子1和倾斜动子2构成，其中倾斜动子2为一倾斜安装角5为θ度的直线导轨，所述直线导轨2在预压力的作用下压在塔形定子1的驱动足6上；塔形定子1由塔形金属体3和三相共十片压电陶瓷4两部分组成，其中塔形金属体3由一个驱动足6、一个柔性放大圆孔7、左矩形柱8和右矩形柱9构成，三相共十片压电陶瓷4对称地粘贴在塔形金属体3的外表面，这些压电陶瓷沿厚度方向极化，利用逆压电d31效应激发塔形定子1的振动；该电机设计有共振和非共振两种驱动方式，在共振驱动方式，塔形定子1在模态并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动；在非共振驱动方式，塔形定子1在强迫振动并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动。
所述减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的导轨倾斜安装角θ的设计原则如下，模态振幅沿定子与导轨接触界面的法向分量要大于定子与导轨接触界面的粗糙度Ra。即设定子的x－z面内对称振动模态25的振幅为U，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：Uf=Ucosθ；设定子的y－z面内二阶弯曲振动模态26的振幅为V，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：Vf=Vsinθ；要使定子有效地驱动导轨，必须满足以下条件：Ucosθ>Ra，Vsinθ>Ra ；所以，导轨倾斜安装角θ的选择范围：arcsin(Ra/V)<θ<arccos(Ra/U)。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的定子结构及压电陶瓷极化布置如图2-1至图2-3所示，三相共十片压电陶瓷4包括A相21、B相22和C相23共三相压电陶瓷，其中A相压电陶瓷20包含两片压电陶瓷，分别为第一压电陶瓷10和第二压电陶瓷11；B相压电陶瓷21包含四片压电陶瓷，分别为第三压电陶瓷12、第四压电陶瓷13、第五压电陶瓷14和第六压电陶瓷15；C相压电陶瓷22包含四片压电陶瓷，分别为第七压电陶瓷16、第八压电陶瓷17、第九压电陶瓷18和第十压电陶瓷19；压电陶瓷的极化方向20为沿压电陶瓷的厚度方向进行极化。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式和非共振驱动方式下塔形定子的接线方式示意图分别如图3所示，在共振驱动方式下的接线方式与在非共振驱动方式下的接线方式相同，其接线方式如下，塔形金属体3用于接地24；由分别贴在左矩形柱8侧面和右矩形柱9侧面的第一压电陶瓷10和第二压电陶瓷11相互连接构成电机的A相21；由分别贴在左矩形柱8和右矩形柱9前、后表面的第三压电陶瓷12、第四压电陶瓷13、第五压电陶瓷14和第六压电陶瓷15相互连接构成电机的B相22；由分别贴在驱动足6下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷16、第八压电陶瓷17、第九压电陶瓷18和第十压电陶瓷19相互连接构成电机的C相23；电机的A相21和B相22用于共振驱动方式下的模态驱动或非共振驱动方式下的强迫振动驱动，电机的C相23用于减摩驱动。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下的工作模态如图4-1至图4-2所示，在共振驱动方式，驱动电机的工作模态分别为塔形定子1的x-z面内对称振动模态25或y-z面内二阶弯振模态26，x-z面内对称振动模态25的共振频率为，y-z面内二阶弯振模态26的共振频率为；其中x-z面内对称振动模态25由电机的A相21激发，当定子以x-z面内对称振动模态25振动时，左矩形柱8和右矩形柱9产生局部弯振，并带动驱动足6产生垂直方向的振动；其中y-z面内二阶弯振模态26由电机的B相22激发，当定子以y-z面内二阶弯振模态26振动时，驱动足6产生水平方向的振动。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在共振驱动方式下激励信号及电激励方式示意图如图5-1至图5-6所示，设沿斜导轨向左上为正方向，沿斜导轨向右下为负方向；在共振驱动方式，电机的A相21上施加激励信号，接近，用于激发x-z面内对称振动模态25；同时电机的B相22不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相23输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号，用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态；其中A相激发的模态驱动用于提供摩擦驱动力，而C相激发的减摩驱动通过减小摩擦系数来降低摩擦阻力，进而在模态驱动的基础上降低摩阻损耗以增加输出功率。当电机的A相21上施加激励信号，接近；同时电机的B相22不输入激励信号，闲置不用；则会激发x-z面内对称振动模态25，并在定子驱动足表面形成垂直方向的振动轨迹27，它与导轨的夹角28为（90－θ）度，将推动压在驱动足上的直线导轨2正向运动，如图5-1所示；根据定子驱动足运动轨迹对直线导轨2的不同作用将可单个周期垂直方向的振动轨迹27分为两部分，其中垂直方向振动轨迹27的向上运行的部分起到直接推动直线导轨2的作用，为推程运动轨迹部分29；垂直方向振动轨迹27的向下运行的部分起到回归推程起点并准备再次直接推动直线导轨2的作用，为回程运动轨迹部分30；当把推程运动轨迹29和回程运动轨迹30的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图5-2；对应于单个周期垂直方向振动轨迹27的推程29和回程部分30，单个周期驱动信号35也可以分为推程信号36和回程信号部分37，当把推程信号36和回程信号37的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图5-5；根据上海科学技术出版社1998年12月出版的专著《超声波马达理论与应用》（上羽贞行、富川义郎著，杨志刚、郑学伦译）在p230--p250的描述，当要求超声电机有较大输出功率时（这种情况非常普遍），由于定动子之间的预压力较大，使得定动子之间的接触角大于180°；在此情况下，不但在全部推程运动轨迹定动子接触，而且在部分回程运动轨迹定动子也是接触的，即在推程运动轨迹定子对动子做正功，而在回程运动轨迹定子对动子做负功；因此，在不减少推程运动轨迹的功率输出的同时，又通过减摩驱动降低回程运动轨迹的摩阻损耗，就能大大提高在电机的功率输出。为了降低回程运动轨迹的摩阻损耗，同时又不减少推程运动轨迹的功率输出，在电机的A相输入回程信号的同时电机的C相输入频率为（）的正弦波激励信号，而在电机的A相输入推程信号的同时电机的C相不输入激励信号，电机C相的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；电机A相的输入信号38和C相的输入信号39如图5-6所示，在它的作用下直线导轨2将会正向运动；同理，当电机的B相22上施加激励信号，接近；同时电机的A相21不输入激励信号，闲置不用；则会激发y-z面内二阶弯振模态26，并在定子驱动足表面形成水平方向的振动轨迹31，它与导轨的夹角32为（180－θ）度，将推动压在驱动足上的直线导轨2反向运动，如图5-3所示；根据定子驱动足运动轨迹对直线导轨2的不同作用将可单个周期水平方向的振动轨迹31分为两部分，其中水平方向的振动轨迹31的向右运行的部分起到直接推动直线导轨2的作用，为推程运动轨迹部分33；水平方向的振动轨迹31的向左运行的部分起到回归推程起点并准备再次直接推动直线导轨2的作用，为回程运动轨迹部分34；当把推程运动轨迹33和回程运动轨迹34的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图5-4；对应于单个周期水平方向的振动轨迹31的推程33和回程部分34，单个周期驱动信号35也可以分为推程信号36和回程信号部分37，当把推程信号36和回程信号37的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图5-5；为了降低回程运动轨迹的摩阻损耗，同时又不减少推程运动轨迹的功率输出，在电机的B相输入回程信号的同时电机的C相输入频率为（）的正弦波激励信号，而在电机的B相输入推程信号的同时电机的C相不输入激励信号，电机C相的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；电机B相的输入信号38和C相的输入信号39如图5-6所示，在它的作用下直线导轨2将会反向运动。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下强迫振动的振型示意图如图6-1至图6-2所示，在非共振驱动方式，驱动电机工作的强迫振动的振型分别为塔形定子1的x-z面内强迫纵振40或y－z面内强迫弯曲振动41，上述强迫振动激励信号的形式为连续正弦波或连续非对称锯齿波或连续非对称类锯齿波或连续方波，上述强迫振动激励信号的频率分别为和；其中x-z面内强迫纵振40由电机的A相21激发，当定子以x-z面内强迫纵振40振动时，带动驱动足6产生垂直方向的振动；其中y－z面内强迫弯曲振动41由电机的B相22激发，当定子以y－z面内强迫弯曲振动41振动时，带动驱动足6产生水平振动；同时以减摩方式驱动电机工作的为驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，由电机的C相22激发，减摩驱动激励信号的形式为周期性间隔触发的正弦波，减摩驱动激励信号的频率为，。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相强迫振动驱动的示意图如图7-1至图7-4所示，设沿斜导轨向左上为正方向，沿斜导轨向右下为负方向；在非共振驱动方式，在电机的A相21上施加频率为的激励信号，同时电机的B相22不输入激励信号，闲置不用；可激发定子产生x-z面内强迫纵振40，并带动驱动足6产生垂直方向的振动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点垂直方向的振动轨迹42是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角43为（90－θ）度，推动压在驱动足上的导轨正向运动，如图7-1所示；根据定子驱动足运动轨迹对直线导轨2的不同作用将可单个周期垂直方向的振动轨迹42分为两部分，其中垂直方向的振动轨迹42的向上运行的部分起到直接推动直线导轨2的作用，为推程运动轨迹部分44；垂直方向的振动轨迹42的向左运行的部分起到回归推程起点并准备再次直接推动直线导轨2的作用，为回程运动轨迹部分45；当把推程运动轨迹44和回程运动轨迹45的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图7-2；在电机的B相22上施加频率为的激励信号，同时电机的A相21不输入激励信号，闲置不用；可激发定子产生y－z面内强迫弯曲振动41，并带动驱动足6产生水平方向的振动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点水平方向的振动轨迹46是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角47为（180－θ）度，推动压在驱动足上的导轨反向运动，如图7-3所示；根据定子驱动足运动轨迹对直线导轨2的不同作用将可单个周期水平方向的振动轨迹46分为两部分，其中水平方向的振动轨迹46的向右运行的部分起到直接推动直线导轨2的作用，为推程运动轨迹部分48；水平方向的振动轨迹46的向左运行的部分起到回归推程起点并准备再次直接推动直线导轨2的作用，为回程运动轨迹部分49；当把推程运动轨迹48和回程运动轨迹49的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图7-4。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续正弦波信号激励下强迫振动驱动并C相减摩驱动的激励信号及电激励方式示意图如图8-1至图8-2所示，设在非共振驱动方式下，电机的A相21施加单相正向偏置电压时，定子驱动足6产生垂直向上的位移；电机的B相22施加单相正向偏置电压时，定子驱动足6产生水平向右的位移；当A相（或B相）输入单相连续正弦波信号，驱动足6产生垂直方向的振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）；根据对直线导轨2的作用不同，单个周期垂直方向的振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）可以分为推程轨迹和回程轨迹两部分；对应于单个周期垂直方向振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）的推程和回程部分，单个周期正弦波驱动信号50也可以分为推程信号51和回程信号部分52，当把单个周期正弦波推程信号51和回程信号52的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图8-1；在电机的A相（或B相）输入回程信号的同时电机的C相输入频率为的正弦波激励信号，而在电机的A相（或B相）输入推程信号的同时电机的C相不输入激励信号，电机C相的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；电机A相（或B相）输入的连续正弦波信号53和C相的输入信号54如图8-2所示，在它的作用下直线导轨2将会正向（或反向）运动。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续非对称锯齿波信号激励下强迫振动驱动并C相减摩驱动的激励信号及电激励方式示意图如图9-1至图9-2所示，设在非共振驱动方式下，电机的A相21施加单相正向偏置电压时，定子驱动足6产生垂直向上的位移；电机的B相22施加单相正向偏置电压时，定子驱动足6产生水平向右的位移；当A相（或B相）输入单相连续非对称锯齿波信号，驱动足6产生垂直方向的振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）；根据对直线导轨2的作用不同，单个周期垂直方向的振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）可以分为推程轨迹和回程轨迹两部分；对应于单个周期垂直方向振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）的推程和回程部分，单个周期非对称锯齿波驱动信号55也可以分为推程信号56和回程信号部分57，当把单个周期非对称锯齿波推程信号56和回程信号57的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图9-1；在电机的A相（或B相）输入回程信号的同时电机的C相输入频率为的正弦波激励信号，而在电机的A相（或B相）输入推程信号的同时电机的C相不输入激励信号，电机C相的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；电机A相（或B相）输入的连续非对称锯齿波信号58和C相的输入信号59如图9-2所示，在它的作用下直线导轨2将会正向（反向）运动。
减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机在非共振驱动方式下A相或B相连续非对称梯形波信号激励下强迫振动驱动并C相减摩驱动的激励信号及电激励方式示意图如图10-1至图10-2所示，设在非共振驱动方式下，电机的A相21施加单相正向偏置电压时，定子驱动足6产生垂直向上的位移；电机的B相22施加单相正向偏置电压时，定子驱动足6产生水平向右的位移；当A相（或B相）输入单相连续非对称梯形波信号，驱动足6产生垂直方向的振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）；根据对直线导轨2的作用不同，单个周期垂直方向的振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）可以分为推程轨迹和回程轨迹两部分；对应于单个周期垂直方向振动轨迹42（或水平方向的振动轨迹46）的推程和回程部分，单个周期非对称梯形波驱动信号60也可以分为推程信号61和回程信号部分62，当把单个周期非对称梯形波推程信号61和回程信号62的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图10-1；在电机的A相（或B相）输入回程信号的同时电机的C相输入频率为的正弦波激励信号，而在电机的A相（或B相）输入推程信号的同时电机的C相不输入激励信号，电机C相的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；电机A相（或B相）输入的连续非对称梯形波信号63和C相的输入信号64如图10-2所示，在它的作用下直线导轨2将会正向（或反向）运动。
在非共振驱动方式，当电机的A相21（或B相22）输入频率为的连续方波激励信号，用于激发定子产生x-z面内强迫纵振40或y－z面内强迫弯曲振动41；电机的C相23输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号，用于激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态；由于压电电机定子为容性负载，所以压电电机的驱动过程可以视为容性负载的反复充放电过程；由于容性负载的充放电过程需要一定的时间，而且充放电时间存在较大的差异，因此本发明的压电电机在非共振工作模式下且强迫振动激励信号为连续方波的响应等效于图10所示的压电电机在非共振工作模式下且强迫振动激励信号为连续非对称梯形波的响应；所以本发明的压电电机在非共振工作模式下且强迫振动激励信号为连续方波的激励信号及电激励方式等效于图10。
结构设计原则：
1．导轨倾斜安装角θ的大小要合适。导轨倾斜安装角θ的大小直接影响电机的可运行性，设计导轨倾斜安装角θ大小的原则是：模态振幅沿定子与导轨接触界面的法向分量要大于定子与导轨接触界面的粗糙度Ra。
设定子的x－z面内对称振动模态25的振幅为U，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：Uf=Ucosθ；设定子的y－z面内二阶弯曲振动模态26的振幅为V，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：Vf=Vsinθ；
要使定子有效地驱动导轨，必须满足以下条件：
Ucosθ>Ra，Vsinθ>Ra
所以，导轨倾斜角θ24的选择范围：arcsin(Ra/V)<θ<arccos(Ra/U)。
2．在结构上必须设计减摩驱动相，使得电机在模态驱动的基础上，能够进行减摩驱动；
3．塔形定子的左矩形柱7和右矩形柱8的前后面的厚度由塔形底部向塔形顶部逐步变小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机，其特征在于：塔形电机由塔形定子（1）和倾斜动子（2）构成，其中倾斜动子（2）为一倾斜安装角（5）为θ度的直线导轨，所述直线导轨（2）在预压力的作用下压在塔形定子（1）的驱动足（6）上；塔形定子（1）由塔形金属体（3）和三相共十片压电陶瓷（4）两部分组成，其中塔形金属体（3）由一个驱动足（6）、一个柔性放大圆孔（7）、左矩形柱（8）和右矩形柱（9）构成，三相共十片压电陶瓷（4）对称地粘贴在塔形金属体（3）的外表面，这些压电陶瓷沿厚度方向极化，利用逆压电d31效应激发塔形定子（1）的振动；三相共十片压电陶瓷（4）包括A相（21）、B相（22）和C相（23）共三相压电陶瓷，其中塔形定子（1）的A相（21）和B相（22）用于共振驱动方式下的模态驱动或非共振驱动方式下的强迫振动驱动，塔形定子（1）的C相（23）用于减摩驱动。
2.根据权利要求1所述的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机，其特征在于：
所述减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的导轨倾斜安装角θ的设计原则如下，模态振幅沿定子与导轨接触界面的法向分量要大于定子与导轨接触界面的粗糙度Ra；即设定子的x－z面内对称振动模态（25）的振幅为U，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：Uf=Ucosθ；设定子的y－z面内二阶弯曲振动模态（26）的振幅为V，则此振动模态垂直于导轨的法向振动分量为：Vf=Vsinθ；要使定子有效地驱动导轨，必须满足以下条件：Ucosθ>Ra，Vsinθ>Ra ；所述导轨倾斜安装角θ（5）的选择范围为arcsin(Ra/V)<θ<arccos(Ra/U)。
3.根据权利要求1所述的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机，其特征在于：所述电机设计有共振和非共振两种驱动方式，在共振驱动方式，塔形定子（1）在模态并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动；在非共振驱动方式，塔形定子（1）在强迫振动并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动。
4.根据权利要求3所述的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的驱动方式，其特征在于：在共振驱动方式下的接线方式与在非共振驱动方式下的接线方式相同，其接线方式如下，塔形金属体（3）用于接地（24）；由分别贴在左矩形柱（8）侧面和右矩形柱（9）侧面的共两片压电陶瓷相互连接构成电机的A相（21），所述两片压电陶瓷分别为第一压电陶瓷（10）和第二压电陶瓷（11）；由分别贴在左矩形柱（8）和右矩形柱（9）前、后表面的共四片压电陶瓷相互连接构成电机的B相（22），所述四片压电陶瓷分别为第三压电陶瓷（12）、第四压电陶瓷（13）、第五压电陶瓷（14）和第六压电陶瓷（15）；由分别贴在驱动足（6）下方前、后、左、右表面的共四片压电陶瓷相互连接构成电机的C相（23），所述四片压电陶瓷分别为第七压电陶瓷（16）、第八压电陶瓷（17）、第九压电陶瓷（18）和第十压电陶瓷（19）；压电陶瓷的极化方向（20）为沿压电陶瓷的厚度方向进行极化，电机的A相（21）和B相（22）用于共振驱动方式下的模态驱动或非共振驱动方式下的强迫振动驱动，电机的C相（23）用于减摩驱动。
5.根据权利要求3所述的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的驱动方式，其特征在于：在共振驱动方式，驱动电机的工作模态分别为塔形定子（1）的x-z面内对称振动模态（25）或y-z面内二阶弯振模态（26），x-z面内对称振动模态（25）的共振频率为，y-z面内二阶弯振模态（26）的共振频率为；同时以减摩方式驱动电机工作的为驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，减摩驱动激励信号的频率为，；
其中x-z面内对称振动模态（25）由电机的A相（21）激发，当定子以x-z面内对称振动模态（25）振动时，左矩形柱（8）和右矩形柱（9）产生局部弯振，并带动驱动足（6）产生垂直方向的振动；
其中y-z面内二阶弯振模态（26）由电机的B相（22）激发，当定子以y-z面内二阶弯振模态（26）振动时，驱动足（6）产生水平振动；
设沿斜导轨向左上为正方向，沿斜导轨向右下为负方向；
在电机的A相（21）上施加的激励信号（38）为，接近；可激发x-z面内对称振动模态（25），带动定子的驱动足产生垂直方向的振动；同时电机的B相（22）不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相（22）输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号（39），用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，用于减摩驱动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点垂直方向的振动轨迹（27）是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角（28）为（90－θ）度，推动压在驱动足上的导轨正向运动；
在电机的B相（22）上施加的激励信号（38）为，接近；可激发y-z面内二阶弯振模态（26），带动定子的驱动足产生水平方向的振动；同时电机的A相（21）不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相（22）输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号（39），用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，用于减摩驱动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点水平方向的振动轨迹（31）是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角（32）为（180－θ）度，推动压在驱动足上的导轨反向运动。
6.根据权利要求3所述的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的驱动方式，其特征在于：在非共振驱动方式，驱动电机工作的强迫振动的振型分别为塔形定子（1）的x-z面内强迫纵振（40）或y－z面内强迫弯曲振动（41），上述强迫振动激励信号的频率分别为和；同时以减摩方式驱动电机工作的为驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，减摩驱动激励信号的频率为，；
其中x-z面内强迫纵振（40）由电机的A相（21）激发，当定子以x-z面内强迫纵振（40）振动时，带动驱动足（6）产生垂直方向的振动；
其中y－z面内强迫弯曲振动（41）由电机的B相（22）激发，当定子以y－z面内强迫弯曲振动（41）振动时，带动驱动足（6）产生水平振动；
设沿斜导轨向左上为正方向，沿斜导轨向右下为负方向；
在电机的A相（21）上施加频率为的激励信号，可激发定子产生x-z面内强迫纵振（40），并带动驱动足（6）产生垂直方向的振动；同时电机的B相（22）不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相（22）输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号，用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，用于减摩驱动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点垂直方向的振动轨迹（42）是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角（43）为（90－θ）度，推动压在驱动足上的导轨正向运动；
在电机的B相（22）上施加频率为的激励信号，可激发定子产生y－z面内强迫弯曲振动（41），并带动定子的驱动足产生水平方向的振动；同时电机的A相（21）不输入激励信号，闲置不用；同时电机的C相（22）输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号，用于同时激发定子产生驱动足局部强迫纵振或驱动足局部强迫弯振或驱动足局部纵振模态或驱动足局部弯振模态，用于减摩驱动；相对于导轨而言，定子驱动足表面质点水平方向的振动轨迹（46）是一条往复运动的斜直线，它与导轨的夹角（47）为（180－θ）度，推动压在驱动足上的导轨反向运动。
7.根据权利要求3所述的减摩并模态驱动的斜动子塔形压电电机的驱动方式，其特征在于：在非共振驱动方式，电机的A相（20）或B相（21）输入的激励信号为连续正弦波或非对称锯齿波或非对称梯形波或方波激励信号，电机的C相（22）输入周期性间隔触发的频率为（）的正弦波激励信号；当电机的A相（20）或B相（21）输入的激励信号为连续正弦波或非对称锯齿波或非对称梯形波或方波激励信号，由于直线导轨（2）的倾斜安装角（5）为θ度，使得在强迫振动的推程塔形定子（1）与导轨（2）是接触的，而在强迫振动的回程塔形定子（1）与导轨（2）是脱离的，即该电机在非共振驱动方式下强迫振动的驱动是“推程接触-回程脱离” 的驱动方式。
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