CN104617812A - 减摩并模态驱动的塔形压电电机及其驱动方式 - Google Patents

Abstract

一种减摩并模态驱动的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直线导轨组成。所述导轨由预压力压在塔形定子的驱动足上。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。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，塔形定子在减摩并双模态驱动下工作，推动导轨正反向运动；在非共振驱动方式，塔形定子在减摩并强迫振动的驱动下工作，推动导轨正反向运动。相对于现有压电电机，该压电电机不但能够有效地提高输出功率，而且驱动频带宽、工作可靠。

Description

减摩并模态驱动的塔形压电电机及其驱动方式

技术领域：

本发明的减摩并模态驱动的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。

经对现有塔形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 200910184873.1的中国专利《塔形直线超声电机及电激励方式》详细描述了一种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动子组成，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，其中动子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，两相共六片压电陶瓷对称地粘贴在塔形金属体的外表面。塔形定子设计有两个正交工作模态：x－z面内弯曲振动模态和y－z面内含局部弯振的对称振动模态，用两路相位差为π/2的正弦信号同时激励塔形定子的两个正交工作模态，使塔形定子的驱动足端面上产生椭圆运动，经摩擦作用推动动子正反向运动。

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、鞠全勇和郭语且专利申请号为CN201310351594.6的中国专利《双模态并减摩驱动的单驱动足板形压电电机及其工作模式》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 200910184873.1的中国专利《塔形直线超声电机及电激励方式》所描述的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两正交模态驱动，属于很成熟的设计方案；但是从科技进步的角度来看，应该在该专利所描述的粘贴片式塔形直线压电电机的双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、鞠全勇和郭语且专利申请号为CN201310351594.6的中国专利《双模态并减摩驱动的单驱动足板形压电电机及其工作模式》所描述的板形压电电机的不足之处在于：该压电电机的双模态并减摩驱动机理中的双模态驱动部分采用的是一阶纵振和二阶弯振相组合的两正交模态驱动，由于双模态驱动部分的一阶纵振和二阶弯振特定的组合方式，以及的板形压电电机特定的结构形式，限制了该压电电机的适用范围。解决此不足之处的办法：采用两个新的正交模态进行组合，进行新组合的模态驱动；采用与两个新的正交模态相适应的新的电机结构形式。

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塔形压电电机，塔形电机由塔形定子和动子构成，其中动子为一直线导轨，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；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A相压电陶瓷包含两片压电陶瓷，分别为第一压电陶瓷和第二压电陶瓷；B相压电陶瓷包含四片压电陶瓷，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；C相压电陶瓷包含四片压电陶瓷，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；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塔形压电电机，其驱动方式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。

作为本发明驱动方式的进一步细化，在共振驱动方式，驱动电机工作的双模态为两个正交工作模态，分别为塔形定子的x-z面内对称振动模态和y-z面内二阶弯振模态；

其中x-z面内对称振动模态由分别贴在左矩形柱侧面和右矩形柱侧面的第一压电陶瓷和第二压电陶瓷激发，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，并带动驱动足产生局部纵振；

其中y-z面内二阶弯振模态由分别贴在左矩形柱和右矩形柱前、后表面的第三压电陶瓷、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；

由于塔形定子的x-z面内对称振动模态和y-z面内二阶弯振模态分别由不同的压电陶瓷片组进行激发， x-z面内对称振动模态和y-z面内二阶弯振模态在控制上是解耦的，进而实现塔形压电电机的法向振动和切向振动进行相互独立地控制；这对于压电电机输出性能的控制具有重要意义；

所述塔形定子的x-z面内对称振动模态和y-z面内二阶弯振模态具有频率一致性，即x-z面内对称振动模态的共振频率和y-z面内二阶弯振模态的共振频率符合；两个正交工作模态激励信号的频率为，接近和；

当上述两个正交工作模态具有较好的频率一致性时，通以π/2相位差的两路频率为的同频正弦信号，接近和，塔形定子的两个正交工作模态将会被同时激发出来，使塔形定子的驱动足端面产生椭圆运动，推动压在驱动足上的动子运动；动子运动的正、反方向可由两相正弦信号的相位差确定：π/2相位差使动子正向运动、－π/2相位差使动子反向运动；

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，由分别贴在驱动足下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷、第八压电陶瓷、第九压电陶瓷和第十压电陶瓷激发，减摩驱动激励信号的频率为，。

作为本发明驱动方式的进一步细化，在共振驱动方式下的接线方式如下，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第一压电陶瓷和第二压电陶瓷相互连接构成电机的A相，电机的A相用于激发x-z面内对称振动模态；由分别贴在左矩形柱和右矩形柱前、后表面的第三压电陶瓷、第四压电陶瓷、第五压电陶瓷和第六压电陶瓷相互连接构成电机的B相，电机的B相用于激发y-z面内二阶弯振模态；由分别贴在驱动足下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷、第八压电陶瓷、第九压电陶瓷和第十压电陶瓷相互连接构成电机的C相，电机的C相也是电机在共振驱动方式的减摩驱动相；本发明用上述共振驱动方式下的接线方式，为该电机实现在共振驱动方式下的减摩并模态驱动打下基础。

作为本发明驱动方式的进一步细化，在共振驱动方式，电机的A相和B相同时输入π/2相位差的两路频率为的同频连续正弦波激励信号，用于激发塔形定子同时产生x-z面内对称振动模态和y-z面内二阶弯振模态，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；当电机的A相输入频率为的连续sin信号，同时电机的B相输入频率为的连续cos信号，此时A相输入信号在相位上超前B相输入信号π/2，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时，导轨将产生定向运动；当电机的A相输入频率为的连续cos信号，同时电机的B相输入频率为的连续sin信号，此时A相输入信号在相位上滞后B相输入信号π/2，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时，导轨将产生反向的定向运动；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。

作为本发明驱动方式的进一步细化，在非共振驱动方式，驱动电机工作的强迫振动的振型为塔形定子的y－z面内强迫弯曲振动，y－z面内强迫弯曲振动激励信号的频率为；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，。

作为本发明驱动方式的进一步细化，在非共振驱动方式下的接线方式如下，塔形金属体用于接地；分别贴在左矩形柱侧面和右矩形柱侧面的第一压电陶瓷和第二压电陶瓷闲置不用，不输入信号；由分别贴在左矩形柱和右矩形柱前、后表面的第三压电陶瓷、第四压电陶瓷、第五压电陶瓷和第六压电陶瓷相互连接构成电机的B相，电机的B相用来激发塔形定子产生y－z面内强迫弯曲振动；由分别贴在驱动足下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷、第八压电陶瓷、第九压电陶瓷和第十压电陶瓷相互连接构成电机的C相，电机的C相也是电机在非共振驱动方式的减摩驱动相。本发明用上述在非共振驱动方式下的接线方式，为该电机实现在非共振驱动方式下的减摩并强迫振动的驱动打下基础。

作为本发明驱动方式的进一步细化，在非共振驱动方式，电机的A相不输入信号，电机的B相输入频率为的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，用于激发塔形定子产生y－z面内强迫弯曲振动；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，用于激发塔形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；当电机的B相输入频率为的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，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时，导轨将产生定向运动；当电机B相的输入信号反相，而电机C相的输入信号不变时，导轨将产生反向的定向运动。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。

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 200910184873.1的中国专利《塔形直线超声电机及电激励方式》所描述的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、鞠全勇和郭语且专利申请号为CN201310351594.6的中国专利《双模态并减摩驱动的单驱动足板形压电电机及其工作模式》所描述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一阶纵振和二阶弯振相组合的两正交模态驱动；而本发明的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面内对称振动模态和y-z面内二阶弯振模态相组合的两正交模态驱动；这种新型结构以及新的模态组合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。

3．本发明的减摩并模态驱动的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塔形压电电机相比，本发明的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一阶纵振和二阶弯振相组合的两正交模态驱动，而本发明的塔形压电电机驱动机理中的模态驱动部分采用塔形定子x-z面内对称振动模态和y-z面内二阶弯振模态组合的两正交模态驱动，由于本发明的塔形压电电机采用弯振替代背景技术的纵振，因此本发明的塔形压电电机可以获得较低的工作频率和较大的振幅，易于实现电机的小型化；此外，由于本发明塔形压电电机的y-z面内对称振动模态的激振力F_yz位于y-z面内，x-z面内弯振模态的激振力F_xz位于x-z面内，而x-z平面和y-z平面是正交的，即激振力F_xz在y-z面的投影为0（激振力F_yz在x-z面的投影为0），所以本发明塔形压电电机的两个正交模态在控制上是解耦的，进而可以对本发明塔形压电电机的法向振动和切向振动进行相互独立地控制，对于压电电机输出性能的控制具有重要意义。

综上所述，本发明的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. 减摩并模态驱动的塔形压电电机结构示意图。

图2-1.  x－z平面的减摩并模态驱动的塔形压电电机定子结构及压电陶瓷极化布置示意图。

图2-2.  x－y平面的减摩并模态驱动的塔形压电电机定子结构及压电陶瓷极化布置示意图。

图2-3.  y－z平面的减摩并模态驱动的塔形压电电机定子结构及压电陶瓷极化布置示意图。

图3. 减摩并模态驱动的塔形压电电机定子在共振驱动方式下的接线方式示意图。

图4. 减摩并模态驱动的塔形压电电机定子在非共振驱动方式下的接线方式示意图。

图5-1. 在共振驱动方式下塔形定子x-z面内对称振动模态的振型。

图5-2. 在共振驱动方式下塔形定子y-z面内二阶弯振模态的振型。

图6-1. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在共振驱动方式下A、B两相模态驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的椭圆运动轨迹。

图6-2. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在共振驱动方式下A、B两相模态驱动下塔形定子驱动足表面质点单个周期椭圆运动轨迹的推程运动轨迹部分和回程运动轨迹部分。

图6-3. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在共振驱动方式下A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6-4. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在共振驱动方式下正向运动时A、B两相模态驱动并C相减摩驱动的激励信号。

图6-5. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在共振驱动方式下反向运动时A、B两相模态驱动并C相减摩驱动的激励信号。

图7. 减摩并模态驱动的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8-1. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续正弦波激励的强迫弯曲振动驱动下定子驱动足表面质点的水平直线运动轨迹及其推程运动轨迹部分和回程运动轨迹部分。

图8-2. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续正弦波激励的强迫弯曲振动驱动下B相的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8-3. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续正弦波激励的强迫弯曲振动驱动下正向运动时B相连续正弦波激励的强迫弯曲振动驱动并C相减摩驱动的激励信号。

图8-4. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续正弦波激励的强迫弯曲振动驱动下反向运动时B相连续正弦波激励的强迫弯曲振动驱动并C相减摩驱动的激励信号。

图9-1. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续非对称锯齿波激励的强迫弯曲振动驱动下定子驱动足表面质点的水平直线运动轨迹及其推程运动轨迹部分和回程运动轨迹部分。

图9-2. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续非对称锯齿波激励的强迫弯曲振动驱动下B相的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9-3. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续非对称锯齿波激励的强迫弯曲振动驱动下正向运动时B相连续非对称锯齿波激励的强迫弯曲振动驱动并C相减摩驱动的激励信号。

图9-4. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续非对称锯齿波激励的强迫弯曲振动驱动下反向运动时B相连续非对称锯齿波激励的强迫弯曲振动驱动并C相减摩驱动的激励信号。

图10-1. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续非对称梯形波激励的强迫弯曲振动驱动下定子驱动足表面质点的水平直线运动轨迹及其推程运动轨迹部分和回程运动轨迹部分。

图10-2. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续非对称梯形波激励的强迫弯曲振动驱动下B相的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10-3. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续非对称梯形波激励的强迫弯曲振动驱动下正向运动时B相连续非对称梯形波激励的强迫弯曲振动驱动并C相减摩驱动的激励信号。

图10-4. 减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下在连续非对称梯形波激励的强迫弯曲振动驱动下反向运动时B相连续非对称梯形波激励的强迫弯曲振动驱动并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、驱动足；6、柔性放大圆孔；7、左矩形柱；8、右矩形柱；9、第一压电陶瓷；10、第二压电陶瓷；11、第三压电陶瓷；12、第四压电陶瓷；13、第五压电陶瓷；14、第六压电陶瓷；15、第七压电陶瓷；16、第八压电陶瓷；17、第九压电陶瓷；18、第十压电陶瓷；19、压电陶瓷的极化方向；20、塔形定子的A相；21、塔形定子的B相；22、塔形定子的C相；23、塔形定子的接地；24、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；25、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； 26、在共振驱动方式及A、B两相模态驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的椭圆运动轨迹；27、椭圆运动轨迹的推程轨迹部分；28、椭圆运动轨迹的回程轨迹部分；29、在共振驱动方式下塔形定子的A相输入的单个周期的正弦驱动信号；30、塔形定子A相输入的单个周期正弦驱动信号中0至π的推程信号部分；31、塔形定子A相输入的单个周期正弦驱动信号中π至2π的回程信号部分；32、在共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子A相输入的连续正弦驱动信号；33、在共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子B相输入的连续正弦驱动信号；34、在共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子C相输入的减摩驱动信号；35、在共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子A相输入的连续正弦驱动信号；36、在共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子B相输入的连续正弦驱动信号；37、在共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子C相输入的减摩驱动信号；38、塔形定子在非共振驱动方式下强迫弯曲振动的振型；39、在非共振驱动方式及B相正弦驱动信号驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的往复直线运动轨迹；40、往复直线运动轨迹的推程轨迹部分；41、往复直线运动轨迹的回程轨迹部分；42、在非共振驱动方式下塔形定子的B相输入的单个周期的正弦驱动信号；43、塔形定子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；44、塔形定子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；45、在非共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子B相输入的连续正弦驱动信号；46、在非共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子C相输入的减摩驱动信号；47、在非共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子B相输入的连续正弦驱动信号；48、在非共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子C相输入的减摩驱动信号；49、在非共振驱动方式及B相非对称锯齿波信号驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的往复直线运动轨迹；50、往复直线运动轨迹的推程轨迹部分；51、往复直线运动轨迹的回程轨迹部分；52、在非共振驱动方式下塔形定子的B相输入的单个周期的非对称锯齿波驱动信号；53、塔形定子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；54、塔形定子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；55、在非共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子B相输入的连续非对称锯齿波驱动信号；56、 在非共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子C相输入的减摩驱动信号；57、在非共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子B相输入的连续非对称锯齿波驱动信号；58、在非共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子C相输入的减摩驱动信号；59、在非共振驱动方式及B相非对称梯形波信号驱动下塔形定子驱动足表面质点形成的往复直线运动轨迹；60、往复直线运动轨迹的推程轨迹部分；61、往复直线运动轨迹的回程轨迹部分；62、在非共振驱动方式下塔形定子的B相输入的单个周期的非对称梯形波驱动信号；63、塔形定子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；64、塔形定子B相输入的单个周期非对称锯齿波驱动信号中t2至t4的回程信号部分；65、在非共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子B相输入的连续非对称梯形波驱动信号；66、在非共振驱动方式下塔形压电电机正向运行时塔形定子C相输入的减摩驱动信号；67、在非共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子B相输入的连续非对称梯形波驱动信号；68、在非共振驱动方式下塔形压电电机反向运行时塔形定子C相输入的减摩驱动信号；69、叠层压电陶瓷；70、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、响应速度快的塔形压电电机及其驱动方式。

一种减摩并模态驱动的塔形压电电机及其驱动方式如图1所示，塔形电机由塔形定子1和动子2构成，其中动子2为一直线导轨，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5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5、一个柔性放大圆孔6、左矩形柱7和右矩形柱8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。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，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，定子在强迫振动并减摩驱动下工作，推动导轨正反向运动。

减摩并模态驱动的塔形压电电机定子压电陶瓷的布置与极化分区如图2-1至图2-3所示，其特征在于：三相共十片压电陶瓷4包括A相20、B相21和C相22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9和第二压电陶瓷10；B相压电陶瓷21包含四片压电陶瓷，分别为第三压电陶瓷11、第四压电陶瓷12、第五压电陶瓷13和第六压电陶瓷14；C相压电陶瓷22包含四片压电陶瓷，分别为第七压电陶瓷15、第八压电陶瓷16、第九压电陶瓷17和第十压电陶瓷18；压电陶瓷的极化方向19为沿压电陶瓷的厚度方向进行极化；塔形定子1的A相20和B相21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22用于减摩驱动。

减摩并模态驱动的塔形压电电机在共振驱动方式下塔形定子的接线方式示意图以及在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、图4所示。在共振驱动方式，塔形金属体3用于接地23；由分别贴在左矩形柱7侧面和右矩形柱8侧面的第一压电陶瓷9和第二压电陶瓷10相互连接构成电机的A相20，电机的A相20用于激发x-z面内对称振动模态24；由分别贴在左矩形柱7和右矩形柱8前、后表面的第三压电陶瓷11、第四压电陶瓷12、第五压电陶瓷13和第六压电陶瓷14相互连接构成电机的B相21，电机的B相21用于激发y-z面内二阶弯振模态25；由分别贴在驱动足5下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷15、第八压电陶瓷16、第九压电陶瓷17和第十压电陶瓷18相互连接构成电机的C相22，电机的C相也是电机在共振驱动方式的减摩驱动相。在非共振驱动方式，塔形金属体3用于接地23；分别贴在左矩形柱7侧面和右矩形柱8侧面的第一压电陶瓷9和第二压电陶瓷10闲置不用，不输入信号；由分别贴在左矩形柱7和右矩形柱8前、后表面的第三压电陶瓷11、第四压电陶瓷12、第五压电陶瓷13和第六压电陶瓷14相互连接构成电机的B相21，电机的B相21用来激发塔形定子1产生y－z面内强迫弯曲振动38；由分别贴在驱动足5下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷15、第八压电陶瓷16、第九压电陶瓷17和第十压电陶瓷18相互连接构成电机的C相22，电机的C相也是电机在非共振驱动方式的减摩驱动相。

减摩并模态驱动的塔形压电电机定子在共振驱动方式下两正交工作模态示意图如图5-1、5-2所示。在共振驱动方式，驱动电机工作的两个正交工作模态分别为塔形定子1的x-z面内对称振动模态24和y-z面内二阶弯振模态25，电机的A相20用于激发x-z面内对称振动模态24，电机的B相21用于激发y-z面内二阶弯振模态25；通过结构设计使得塔形定子1的x-z面内对称振动模态24和y-z面内二阶弯振模态25具有频率一致性，即x-z面内对称振动模态24的共振频率和y-z面内二阶弯振模态25的共振频率符合；两个正交工作模态激励信号的频率为，接近x-z面内对称振动模态24和y-z面内二阶弯振模态25的共振频率。

减摩并模态驱动的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6-1至图6-5所示。在共振驱动方式，塔形压电电机的A相20输入激励信号，用于激发定子产生x-z面内对称振动模态24；同时塔形压电电机的B相21输入激励信号，用于激发定子同时产生y-z面内二阶弯振模态25；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纵振模态或驱动足局部弯振模态；其中A、B两相激发的双模态驱动用于提供摩擦驱动力，而C相22激发的减摩驱动通过减小摩擦系数来降低摩擦阻力，进而在双模态驱动的基础上降低摩阻损耗以增加输出功率。当塔形压电电机的A相20输入激励信号，同时塔形压电电机的B相21输入激励信号，则在塔形定子驱动足表面质点将会形成向右旋转的椭圆运动轨迹26，如图6-1所示，在它的作用下直线导轨2将会向右定向运动；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的椭圆运动轨迹分为两部分，其中椭圆运动轨迹的上半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27，椭圆运动轨迹的下半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28，当把推程运动轨迹和回程运动轨迹的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图6-2；对应于单个周期椭圆运动轨迹的推程和回程部分，塔形压电电机的A相20输入的单个周期激励信号29也可以分为推程信号30和回程信号31部分，当把推程信号30和回程信号31的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图6-3。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。当直线导轨2将会向右（默认为正方向）定向运动时，塔形压电电机的A相20输入激励信号，同时塔形压电电机的B相21输入激励信号；为了实现减摩驱动，当电机的A相20输入回程信号31的同时电机的C相22输入频率为（）的正弦波激励信号，而在电机的A相20输入推程信号30的同时电机的C相22不输入激励信号，电机C相22的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；因此，直线导轨2正向运动时，电机A相输入信号32、B相输入信号33和C相输入信号34如图6-4所示。同理，当塔形压电电机的A相20输入激励信号为不变，同时塔形压电电机的B相21输入激励信号切换为，则在定子驱动足表面质点将会形成反向旋转的椭圆运动轨迹，同时电机C相22的输入信号不变，导轨2将反向运动。因此，直线导轨2反向运动时，电机A相输入信号35、B相输入信号36和C相输入信号37如图6-5所示。

    减摩并模态驱动的塔形压电电机定子在非共振驱动方式下强迫振动的振型示意图如图7所示。在非共振驱动方式，驱动电机工作的强迫振动的振型为y-z面内强迫弯曲振动38，强迫振动激励信号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，y-z面内强迫弯曲振动38激励信号的频率为；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，。

    减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下且强迫振动激励信号为连续正弦波的激励信号及电激励方式示意图如图8-1至图8-4所示。在非共振驱动方式，当电机的B相21输入频率为的连续正弦波激励信号，则在定子驱动足表面质点将会形成往复运动的水平直线运动轨迹39，如图8-1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的往复运动的水平直线运动轨迹分为两部分，先考虑直线导轨2水平向右（默认为正方向）运动的情况，由于向右的水平直线运动轨迹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40，向左的水平直线运动轨迹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41，当把推程运动轨迹和回程运动轨迹的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图8-1；对应于单个周期水平直线运动轨迹的推程40和回程部分41，电机B相21输入的单个周期正弦波驱动信号42也可以分为推程信号43和回程信号部分44，当把推程信号43和回程信号44的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图8-2。由于定子驱动足表面质点的运动轨迹为往复运动的水平直线，使得定动子之间的接触角为360°；在此情况下，由于往复运动水平直线运动轨迹的推程运动轨迹和回程运动轨迹沿水平方向是对称的，而且正弦波驱动信号的推程信号和回程信号部分也是对称的，所以定子在推程运动轨迹对动子做的正功等于在回程运动轨迹对动子做的负功，即单纯采用连续正弦波无法驱动动子，必须加上减摩驱动；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21输入回程信号44的同时电机的C相22输入频率为（）的正弦波激励信号，而在电机的B相21输入推程信号43的同时电机的C相22不输入激励信号，则电机C相22的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；因此，直线导轨2正向运动时，电机B相输入信号45、C相输入信号46如图8-3所示。同理，当电机B相21输入信号反相，同时电机C相22输入信号不变，导轨2将反向运动；因此，直线导轨2反向运动时，电机B相输入信号47、C相输入信号48如图8-4所示。

    减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下且强迫振动激励信号为连续非对称锯齿波的激励信号及电激励方式示意图如图9-1至图9-4所示。在非共振驱动方式，当电机的B相21输入频率为的连续非对称锯齿波激励信号，则在定子驱动足表面质点将会形成往复运动的水平直线运动轨迹49，如图9-1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的往复运动的水平直线运动轨迹分为两部分，先考虑直线导轨2水平向右（默认为正方向）运动的情况，由于向右的水平直线运动轨迹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50，向左的水平直线运动轨迹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51，当把推程运动轨迹和回程运动轨迹的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图9-1；对应于单个周期水平直线运动轨迹的推程和回程部分，电机B相21输入的单个周期非对称锯齿波驱动信号52也可以分为推程信号53和回程信号部分54，当把推程信号和回程信号的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图9-2。由于定子驱动足表面质点的运动轨迹为往复运动的水平直线，使得定动子间的接触角为360°；在此情况下，尽管往复运动水平直线运动轨迹的推程运动轨迹50和回程运动轨迹51沿水平方向是对称的，但是非对称锯齿波驱动信号的推程信号53和回程信号部分54是非对称的，所以定子在推程运动轨迹对动子做的正功大于在回程运动轨迹对动子做的负功，即单纯采用非对称锯齿波驱动信号可以驱动动子，因此再加上的减摩驱动必须能够进一步加大功率输出；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B相21输入回程信号54的同时电机的C相22输入频率为（）的正弦波激励信号，而在电机的B相21输入推程信号53的同时电机的C相22不输入激励信号，则电机C相22的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；因此，直线导轨2正向运动时，电机B相输入信号55、C相输入信号56如图9-3所示。同理，当电机B相21输入信号反相，同时电机C相22输入信号不变，导轨2将反向运动；因此，直线导轨2反向运动时，电机B相输入信号57、C相输入信号58如图9-4所示。

    减摩并模态驱动的塔形压电电机在非共振驱动方式下且强迫振动激励信号为连续非对称梯形波的激励信号及电激励方式示意图如图10-1至图10-4所示。在非共振驱动方式，当电机的B相21输入频率为的连续非对称梯形波激励信号，则在定子驱动足表面质点将会形成往复运动的水平直线运动轨迹59（如图10-1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的往复运动的水平直线运动轨迹分为两部分，先考虑直线导轨2水平向右（默认为正方向）运动的情况，由于向右的水平直线运动轨迹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60，向左的水平直线运动轨迹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61，当把推程运动轨迹和回程运动轨迹的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图10-1；对应于单个周期水平直线运动轨迹的推程和回程部分，电机B相21输入的单个周期非对称梯形波驱动信号62也可以分为推程信号63和回程信号部分64，当把推程信号和回程信号的始点同时移至坐标系的零点，就构成了图10-2。由于定子驱动足表面质点的运动轨迹为往复运动的水平直线，使得定动子间的接触角为360°；在此情况下，尽管往复运动水平直线运动轨迹的推程运动轨迹和回程运动轨迹沿水平方向是对称的，但是非对称梯形波驱动信号的推程信号63和回程信号部分64是非对称的，所以定子在推程运动轨迹对动子做的正功大于在回程运动轨迹对动子做的负功，即单纯采用非对称梯形波驱动信号可以驱动动子，因此再加上的减摩驱动必须能够进一步加大功率输出；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B相21输入回程信号64的同时电机的C相22输入频率为（）的正弦波激励信号，而在电机的B相21输入推程信号63的同时电机的C相22不输入激励信号，则电机C相22的输入信号表现为周期性间隔触发的正弦波激励信号；因此，直线导轨2正向运动时，电机B相输入信号65、C相输入信号66如图10-3所示。同理，当电机B相21输入信号反相，同时电机C相22输入信号不变，导轨2将反向运动；因此，直线导轨2反向运动时，电机B相输入信号67、C相输入信号68如图10-4所示。

在非共振驱动方式，当电机的B相21输入频率为的连续方波激励信号，用于激发定子产生y-z面内强迫弯曲振动38；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．通过结构设计使得塔形定子的x－z面内对称振动模态和y－z面内二阶弯曲振动模态具有较好的频率一致性，即x－z面内对称振动模态的共振频率和y－z面内二阶弯曲振动模态的共振频率符合，使得电机适合双模态驱动；

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 (8)

1.一种减摩并模态驱动的塔形压电电机，其特征在于：塔形电机由塔形定子（1）和动子（2）构成，其中动子（2）为一直线导轨，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（5）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（5）、一个柔性放大圆孔（6）、左矩形柱（7）和右矩形柱（8）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；三相共十片压电陶瓷（4）包括A相（20）、B相（21）和C相（22）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（9）和第二压电陶瓷（10）；B相压电陶瓷（21）包含四片压电陶瓷，分别为第三压电陶瓷（11）、第四压电陶瓷（12）、第五压电陶瓷（13）和第六压电陶瓷（14）；C相压电陶瓷（22）包含四片压电陶瓷，分别为第七压电陶瓷（15）、第八压电陶瓷（16）、第九压电陶瓷（17）和第十压电陶瓷（18）；塔形定子（1）的A相（20）和B相（21）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（22）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塔形压电电机的驱动方式，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。

3.根据权利要求2所述的减摩并模态驱动的塔形压电电机的驱动方式，其特征在于：在共振驱动方式，驱动电机工作的双模态为两个正交工作模态，分别为塔形定子（1）的x-z面内对称振动模态（24）和y-z面内二阶弯振模态（25）；

其中x-z面内对称振动模态（24）由分别贴在左矩形柱（7）侧面和右矩形柱（8）侧面的第一压电陶瓷（9）和第二压电陶瓷（10）激发，当定子以x-z面内对称振动模态（24）振动时，左矩形柱（7）和右矩形柱（8）产生局部弯振，并带动驱动足（5）产生局部纵振；

其中y-z面内二阶弯振模态（25）由分别贴在左矩形柱（7）和右矩形柱（8）前、后表面的第三压电陶瓷（11）、第四压电陶瓷（12）、第五压电陶瓷（13）和第六压电陶瓷（14）激发，当定子以y-z面内二阶弯振模态（25）振动时，驱动足（5）产生水平振动；

由于塔形定子（1）的x-z面内对称振动模态（24）和y-z面内二阶弯振模态（25）分别由不同的压电陶瓷片组进行激发， x-z面内对称振动模态（24）和y-z面内二阶弯振模态（25）在控制上是解耦的，进而实现对塔形压电电机的法向振动和切向振动进行相互独立地控制；

所述塔形定子（1）的x-z面内对称振动模态（24）和y-z面内二阶弯振模态（25）具有频率一致性，即x-z面内对称振动模态（24）的共振频率和y-z面内二阶弯振模态（25）的共振频率符合；两个正交工作模态激励信号的频率为，接近和；

当上述两个正交工作模态具有频率一致性时，通以π/2相位差的两路频率为的同频正弦信号，接近和，塔形定子（1）的两个正交工作模态将会被同时激发出来，使塔形定子（1）的驱动足（5）端面产生椭圆运动，推动压在驱动足（5）上的动子（2）运动；动子（2）运动的正、反方向可由两相正弦信号的相位差确定：π/2相位差使动子（2）正向运动、－π/2相位差使动子（2）反向运动；

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，由分别贴在驱动足（5）下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷（15）、第八压电陶瓷（16）、第九压电陶瓷（17）和第十压电陶瓷（18）激发，减摩驱动激励信号的频率为，。

4.根据权利要求2所述的减摩并模态驱动的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如下，塔形金属体（3）用于接地（23）；由分别贴在左矩形柱（7）侧面和右矩形柱（8）侧面的第一压电陶瓷（9）和第二压电陶瓷（10）相互连接构成电机的A相（20），电机的A相（20）用于激发x-z面内对称振动模态（24）；由分别贴在左矩形柱（7）和右矩形柱（8）前、后表面的第三压电陶瓷（11）、第四压电陶瓷（12）、第五压电陶瓷（13）和第六压电陶瓷（14）相互连接构成电机的B相（21），电机的B相（21）用于激发y-z面内二阶弯振模态（25）；由分别贴在驱动足（5）下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷（15）、第八压电陶瓷（16）、第九压电陶瓷（17）和第十压电陶瓷（18）相互连接构成电机的C相（22），电机的C相也是电机在共振驱动方式的减摩驱动相。

5.根据权利要求2所述的减摩并模态驱动的塔形压电电机的驱动方式，其特征在于：在共振驱动方式，电机的A相（20）和B相（21）同时输入π/2相位差的两路频率为的同频连续正弦波激励信号，用于激发塔形定子（1）同时产生x-z面内对称振动模态（24）和y-z面内二阶弯振模态（25），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；当电机的A相（20）输入频率为的连续sin信号，同时电机的B相（21）输入频率为的连续cos信号，此时A相（20）输入信号在相位上超前B相（21）输入信号π/2，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时，导轨（2）将产生定向运动；当电机的A相（20）输入频率为的连续cos信号，同时电机的B相（21）输入频率为的连续sin信号，此时A相（20）输入信号在相位上滞后B相（21）输入信号π/2，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时，导轨（2）将产生反向的定向运动。

6.根据权利要求2所述的减摩并模态驱动的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为塔形定子（1）的y－z面内强迫弯曲振动（38），y－z面内强迫弯曲振动（38）激励信号的频率为；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，。

7.根据权利要求2所述的减摩并模态驱动的塔形压电电机的驱动方式，其特征在于：在非共振驱动方式下的接线方式如下，塔形金属体（3）用于接地（23）；分别贴在左矩形柱（7）侧面和右矩形柱（8）侧面的第一压电陶瓷（9）和第二压电陶瓷（10）闲置不用，不输入信号；由分别贴在左矩形柱（7）和右矩形柱（8）前、后表面的第三压电陶瓷（11）、第四压电陶瓷（12）、第五压电陶瓷（13）和第六压电陶瓷（14）相互连接构成电机的B相（21），电机的B相（21）用来激发塔形定子（1）产生y－z面内强迫弯曲振动（38）；由分别贴在驱动足（5）下方前、后、左、右表面的第七压电陶瓷（15）、第八压电陶瓷（16）、第九压电陶瓷（17）和第十压电陶瓷（18）相互连接构成电机的C相（22），电机的C相也是电机在非共振驱动方式的减摩驱动相。

8.根据权利要求2所述的减摩并模态驱动的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）不输入信号，电机的B相（21）输入频率为的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，用于激发塔形定子（1）产生y－z面内强迫弯曲振动（38）；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，用于激发塔形定子（1）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；当电机的B相（21）输入频率为的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，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时，导轨（2）将产生定向运动；当电机B相（21）的输入信号反相，而电机C相（22）的输入信号不变时，导轨（2）将产生反向的定向运动。