本發(fā)明屬于多自由度壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)及驅(qū)動(dòng)方法。

背景技術(shù)：

平面電機(jī)能實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)，是平面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的理想驅(qū)動(dòng)部件。為了推進(jìn)平面電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)許多國(guó)家都在致力探索利用新的功能材料及新的物理效應(yīng)，研制電磁平面電機(jī)、靜電平面電機(jī)、微波平面電機(jī)、光熱平面電機(jī)、形狀記憶平面電機(jī)、壓電平面電機(jī)等新型電機(jī)，其中電磁平面電機(jī)和壓電平面電機(jī)相對(duì)更為現(xiàn)實(shí)一些。然而，盡管平面電磁電機(jī)也能實(shí)現(xiàn)二維或三維平面運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，但卻因其省卻了中間緩沖、變換環(huán)節(jié)而使其內(nèi)部的電磁參數(shù)攝動(dòng)直接復(fù)映至電機(jī)運(yùn)行特性上，與此同時(shí)，電磁耦合的固有非線性以及平面電磁電機(jī)繞組端部的齒槽效應(yīng)均對(duì)電機(jī)輸出特性產(chǎn)生較大影響，嚴(yán)重地制約了這類電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性及精密性，為此，人們將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向壓電平面電機(jī)。壓電平面電機(jī)作為超聲電機(jī)一個(gè)獨(dú)立分支而存在的時(shí)間雖不長(zhǎng)，但卻得到了較快發(fā)展。迄今為止，已推出壓電平面電機(jī)有柱桿式、平板式、組合式等多種型式，比如，F(xiàn)erreria通過(guò)對(duì)壓電振子的陶瓷電極及驅(qū)動(dòng)齒進(jìn)行合理配置，實(shí)現(xiàn)了某工作平臺(tái)的兩自由度運(yùn)動(dòng)，該平臺(tái)實(shí)質(zhì)就是一種平面電機(jī)；CheeK也推出了壓電平面電機(jī)，該電機(jī)是用3個(gè)壓電電機(jī)巧妙復(fù)合而成，但其結(jié)構(gòu)較大且非嚴(yán)格意義的平面電機(jī)；Hong通過(guò)激勵(lì)矩板的一縱、四彎合成出兩相橢圓而研制出一種平面電機(jī)，該電機(jī)速度100mm/s，但電機(jī)的輔助裝置較多；Dembele推出了定位精度達(dá)2.5μm的三自由度平面電機(jī)；Vijver也推出一種壓電三自由度壓電平面運(yùn)動(dòng)作動(dòng)器且其定位精度達(dá)l0nm，但電機(jī)速度極低。劉俊標(biāo)在國(guó)內(nèi)推出一種圓桿驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)，通過(guò)激勵(lì)圓桿兩相正交彎曲振動(dòng)合成出空間兩相橢圓實(shí)現(xiàn)了平面運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，但該電機(jī)性能不夠理想；時(shí)運(yùn)來(lái)研制出變截桿兩正交四階彎曲振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)，其速度190 mm/s；陳維山推出正交聚能器驅(qū)動(dòng)的高速壓電平面電機(jī)，速度960mm/s。為實(shí)現(xiàn)電機(jī)小型化，李朝東研制出矩框驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的平面電機(jī)；程光明推出了慣性沖擊式壓電平面驅(qū)動(dòng)器；金家楣也推出一種x向速度145mm/s、推力4.3N，y向速度180 mm/s、而推力為5.N的平面電機(jī)；嚴(yán)亮則推出單定子式平面超聲驅(qū)動(dòng)器；趙淳生研制出直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的二維定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了50mm行程內(nèi)定位精度0.28μm?？偟膩?lái)看，由于發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，壓電平面電機(jī)固有的精密和快響應(yīng)特性遠(yuǎn)未發(fā)揮，電機(jī)性能離廣泛的工程應(yīng)用還有較大距離，已有壓電平面電機(jī)原理和結(jié)構(gòu)型式還極其有限，無(wú)法很好地滿足應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ涮岢龅姆€(wěn)、快、準(zhǔn)、好、小、薄、輕等多樣需求，故發(fā)現(xiàn)全新壓電平面電機(jī)原理和結(jié)構(gòu)，深入平面電機(jī)工作驅(qū)動(dòng)機(jī)理，推出更多壓電平面電機(jī)樣機(jī)以豐富平面電機(jī)型式，成為壓電平面電機(jī)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的提出一種利用準(zhǔn)田字彈性結(jié)構(gòu)的壓電平面電機(jī)，該電機(jī)利用準(zhǔn)田字結(jié)構(gòu)面內(nèi)和外彎模態(tài)的復(fù)合振動(dòng)，合成兩相橢圓軌跡以推動(dòng)動(dòng)子做兩相平移運(yùn)動(dòng)。該平面電機(jī)能產(chǎn)生精密平面運(yùn)動(dòng)，能輸出較大動(dòng)力與速度，應(yīng)用于二維移動(dòng)裝置的精密定位和小型伺服機(jī)構(gòu)精密驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)，包括定子組件、動(dòng)子組件、支座組件和預(yù)緊組件，采用準(zhǔn)田字形定子組件，且通過(guò)預(yù)緊組件與支座組件連接；動(dòng)子組件分別連接定子組件和支座組件。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，準(zhǔn)田字形定子組件包括金屬基體板、壓電陶瓷組件和驅(qū)動(dòng)足；金屬基體板包括左圍桿、右圍桿、前圍桿和后圍桿以及十字板架，十字板架的四端分別與左圍桿、右圍桿、前圍桿和后圍桿采用柔性鉸鏈連接，十字板架中心鉆有定位孔，各圍桿芯部均開有調(diào)整通孔；壓電陶瓷組件包括粘貼于各圍桿上、下表面及外側(cè)的12片壓電陶瓷片；驅(qū)動(dòng)足設(shè)置于各圍桿上表面兩端，驅(qū)動(dòng)足高度大于各壓電陶瓷片厚度，且驅(qū)動(dòng)足頂端涂敷摩擦材料。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，準(zhǔn)田字形定子組件具有三種振動(dòng)模態(tài)，分別是左、右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，前、后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，四根圍桿面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，十字板架端口與各圍桿連接處均開有方槽，用于安裝柔性鉸鏈；各圍桿及十字板架各端的橫截面均為矩形或正方形。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，動(dòng)子組件包括平面滑板、十字護(hù)珠板和若干滾珠；平面滑板上開設(shè)十字滑槽，槽寬大于滾珠直徑；沿十字護(hù)珠板橫向縱向各開有一排通孔與十字滑槽對(duì)應(yīng)，通孔孔徑小于滾珠直徑；若干滾珠裝入十字滑槽內(nèi)，十字護(hù)珠板蓋在平面滑板上，滾珠數(shù)量及位置與十字護(hù)珠板上通孔相對(duì)應(yīng)，在十字護(hù)珠板和平面滑板的中心用螺釘固定，滾珠部分表面暴露于通孔之外；動(dòng)子組件連接驅(qū)動(dòng)足。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，支座組件包括機(jī)盒、蓋板、定位銷、凸臺(tái)、4個(gè)定位塊和定子擋架；機(jī)盒為長(zhǎng)方體，包括底板和四周圍板；底板中心鉆有螺紋通孔，定位銷安放在螺紋通孔中，并擰入緊定螺釘，定位銷穿過(guò)十字板架的定位孔用于定子組件的安裝定位；凸臺(tái)安裝于定位銷周圍；4個(gè)定位塊用螺釘固定在底板上，每個(gè)定位塊兩相鄰?fù)鈧?cè)面上各設(shè)置一圓弧凸起，圓弧凸起分別輕壓在左圍桿、右圍桿、前圍桿和后圍桿的內(nèi)側(cè)，形成線接觸連接，各定位塊與對(duì)應(yīng)圍桿的接觸點(diǎn)在各圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)節(jié)點(diǎn)處；定子擋架卡住十字板架中心，并通過(guò)螺釘固定于底板上，且定子擋架與十字板架之間采取潤(rùn)滑接觸；蓋板用螺釘固定在機(jī)盒的四周圍板結(jié)合處，蓋板采用矩框形結(jié)構(gòu)；底板靠近四周圍板處鉆有四個(gè)安裝通孔；蓋板與滾珠連接構(gòu)成滾動(dòng)副。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，預(yù)緊組件包括碟形彈簧和至少一個(gè)環(huán)形墊圈；環(huán)形墊圈安放在凸臺(tái)之上，碟形彈簧壓在環(huán)形墊圈上，金屬基體板壓在碟形彈簧上。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，金屬基體板選用磷青銅材料，壓電陶瓷片采用PZT8。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，12片壓電陶瓷片分成內(nèi)激勵(lì)陶瓷組和面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷組；粘貼于各圍桿外側(cè)的壓電陶瓷片為面內(nèi)激勵(lì)陶瓷組，粘貼于各圍桿上下表面的壓電陶瓷片為面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷組；面內(nèi)激勵(lì)陶瓷組中置于左、右圍桿外側(cè)的為x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片，置于前、后圍桿外側(cè)的為y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片；各圍桿上的面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片粘貼在各圍桿的面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)的波峰或波谷處；x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片以及y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片分別粘貼在左、右圍桿，前、后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)波峰或波谷處。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)中，x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片，y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片，面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片均沿其厚度指向圍桿表面的方向進(jìn)行壓電極化，各激勵(lì)陶瓷片與金屬基體板接觸的電極接地。

基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步驟，

（1）選取準(zhǔn)田字形定子組件的三種振動(dòng)模態(tài)作為其工作模態(tài)，分別是左、右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，前、后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，四根圍桿面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)三種工作模態(tài)；

（2）通過(guò)激發(fā)定子組件三種工作模態(tài)的共振或近共振，驅(qū)使其左、右圍桿，前、后圍桿上的驅(qū)動(dòng)足分別沿xOz、yOz面做橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)動(dòng)子組件沿x、y向移動(dòng)；

（3）定子組件的三種工作模態(tài)的固有頻率相等或盡可能趨于一致；定子組件結(jié)構(gòu)尺寸須滿足使三種工作模態(tài)頻率處在超聲頻域之內(nèi)；

（4）定子組件左、右圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振用于推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)；定子組件前、后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振用于推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)；面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)共振實(shí)現(xiàn)左、右圍桿，前、后圍桿與動(dòng)子組件的交替接觸和分離，保證x、y向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。

在上述的基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法中，步驟（2）所述激發(fā)定子組件三種工作模態(tài)的共振或近共振包括左、右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振或近共振，采用在x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片上施加幅值為150~300 V的交變正弦電功率信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)；前、后圍桿面內(nèi)彎曲振動(dòng)模態(tài)共振或近共振，采用在y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片上施加幅值為150~300V的同頻交變正弦電功率信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)；面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)共振或近共振，采用在面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片上施加幅值為150~300V的同頻交變余弦電功率信號(hào)激發(fā)；施加在各壓電陶瓷片上的交變電功率信號(hào)的驅(qū)動(dòng)頻率盡可能接近三種工作模態(tài)的固有頻率。

本發(fā)明的原理如下：本發(fā)明基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)，利用準(zhǔn)田字形金屬基體板的三種特定模態(tài)作為工作模態(tài)并通過(guò)激勵(lì)這些模態(tài)的共振，推動(dòng)平面滑板做平面運(yùn)動(dòng)，特定模態(tài)分別是準(zhǔn)田字金屬基體板的左右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、前后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、四根圍桿的面外對(duì)稱一階彎曲振動(dòng)模態(tài)。在這些模態(tài)中，四根圍桿的面外對(duì)稱一階彎曲振動(dòng)模態(tài)振動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)子組件與定子組件動(dòng)態(tài)接觸與脫離，左右圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、前后圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)的振動(dòng)分別用于推動(dòng)平面滑板的x向和y向運(yùn)動(dòng)。

四根圍桿的面外對(duì)稱一階彎曲振動(dòng)模態(tài)振動(dòng)是利用逆壓電效應(yīng)進(jìn)行激發(fā)的；當(dāng)在四根圍桿上、下兩表面的壓電陶瓷片通入特定的交變電功率信號(hào)時(shí)，可使前后圍桿、左右圍桿交替地與動(dòng)子組件進(jìn)行接觸和分離，從而在定子組件與動(dòng)子組件間產(chǎn)生x向、y向接觸摩擦力；左右圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)振動(dòng)是利用逆壓電效應(yīng)進(jìn)行激發(fā)的，當(dāng)在左右圍桿外側(cè)的壓電陶瓷片通入特定的交變電功率信號(hào)時(shí)，可使左右圍桿產(chǎn)生面內(nèi)一階彎曲模態(tài)振動(dòng)，驅(qū)使兩圍桿上的驅(qū)動(dòng)足沿左、右方向振動(dòng)，從而推動(dòng)平面滑板朝x向移動(dòng)；前后圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)振動(dòng)也利用逆壓電效應(yīng)進(jìn)行激發(fā)，當(dāng)在前后圍桿外側(cè)面上的壓電陶瓷片通入特定交變電功率信號(hào)時(shí)，可使前后圍桿產(chǎn)生面內(nèi)一階彎曲模態(tài)振動(dòng)，驅(qū)使兩圍桿上的驅(qū)動(dòng)足沿前、后方向振動(dòng)，從而推動(dòng)平面滑板朝y向移動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、充分利用準(zhǔn)田字形金屬?gòu)椥越Y(jié)構(gòu)的三種特定模態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的直接驅(qū)動(dòng)，避免了傳統(tǒng)二維平面移動(dòng)裝置因采用兩組直線運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)誤差，這就使平面電機(jī)具有微米甚至更高等級(jí)的精密運(yùn)動(dòng)和定位特性，并使平面電機(jī)具有快速響應(yīng)工作特性。

2、定子組件的左右圍桿和前后圍桿的驅(qū)動(dòng)足交替驅(qū)動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的每個(gè)時(shí)刻恒有4個(gè)驅(qū)動(dòng)足同時(shí)推動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，這使電機(jī)能輸出較大推力并能保證電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3、電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊且有利于實(shí)現(xiàn)平面電機(jī)的薄型化、平板化。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例平面電機(jī)裝配結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例平面電機(jī)外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例定子組件示意圖；

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例金屬基體板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例壓電陶瓷組件配置方案示意圖；

圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例動(dòng)子組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例支座組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例預(yù)緊組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例左右圍桿面內(nèi)彎曲振動(dòng)工作模態(tài)示意圖；

圖10為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例前后圍桿面內(nèi)彎曲振動(dòng)工作模態(tài)示意圖；

圖11為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例面外對(duì)稱一階彎曲振動(dòng)工作模態(tài)示意圖；

圖12為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例壓電陶瓷組件極化供電方式示意圖；

圖13為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)第1步的主視圖；

圖14為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)第1步的俯視圖；

圖15為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)第1步的左視圖；

圖16為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)第1步的主視圖；

圖17為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)第1步的俯視圖；

圖18為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)第1步的左視圖；

圖19為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)第2步的主視圖；

圖20為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)第2步的俯視圖；

圖21為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)第2步的左視圖；

圖22為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)第2步的主視圖；

圖23為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)第2步的俯視圖；

圖24為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)第2步的左視圖；

圖中：1-定子組件，2-動(dòng)子組件，3-支座組件，4-預(yù)緊組件；11-金屬基體板，12-壓電陶瓷組件，13-驅(qū)動(dòng)足；111-左圍桿，112-右圍桿，113-前圍桿，114-后圍桿，115-十字板架，116-定位孔，117-柔性鉸方槽，118-調(diào)整孔；121-面內(nèi)彎曲振動(dòng)激勵(lì)壓電陶瓷片，122-面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)壓電陶瓷片，1211-左右圍桿x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片，1212-左右圍桿y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片；21-平面滑板，22-十字護(hù)珠板，23-滾珠，24-螺釘，25-十字滑槽；31-機(jī)盒，32-蓋板，33-定位銷，34-凸臺(tái)，35-螺釘，36-定位塊，37-定子擋架；41-碟形彈簧，42-環(huán)形墊圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”“連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

本實(shí)施例采用如下技術(shù)方案，基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)，包括定子組件、動(dòng)子組件、支座組件和預(yù)緊組件，采用準(zhǔn)田字形定子組件，且通過(guò)預(yù)緊組件與支座組件連接；動(dòng)子組件分別連接定子組件和支座組件。

進(jìn)一步，準(zhǔn)田字形定子組件包括金屬基體板、壓電陶瓷組件和驅(qū)動(dòng)足；金屬基體板包括左圍桿、右圍桿、前圍桿和后圍桿以及十字板架，十字板架的四端分別與左圍桿、右圍桿、前圍桿和后圍桿采用柔性鉸鏈連接，十字板架中心鉆有定位孔，各圍桿芯部均開有調(diào)整通孔；壓電陶瓷組件包括粘貼于各圍桿上、下表面及外側(cè)的12片壓電陶瓷片；驅(qū)動(dòng)足設(shè)置于各圍桿上表面兩端，驅(qū)動(dòng)足高度大于各壓電陶瓷片厚度，且驅(qū)動(dòng)足頂端涂敷摩擦材料。

進(jìn)一步，準(zhǔn)田字形定子組件具有三種振動(dòng)模態(tài)，分別是左、右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，前、后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，四根圍桿面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)。

進(jìn)一步，十字板架端口與各圍桿連接處均開有方槽，用于安裝柔性鉸鏈；各圍桿及十字板架各端的橫截面均為矩形或正方形。

進(jìn)一步，動(dòng)子組件包括平面滑板、十字護(hù)珠板和若干滾珠；平面滑板上開設(shè)十字滑槽，槽寬大于滾珠直徑；沿十字護(hù)珠板橫向縱向各開有一排通孔與十字滑槽對(duì)應(yīng)，通孔孔徑小于滾珠直徑；若干滾珠裝入十字滑槽內(nèi)，十字護(hù)珠板蓋在平面滑板上，滾珠數(shù)量及位置與十字護(hù)珠板上通孔相對(duì)應(yīng)，在十字護(hù)珠板和平面滑板的中心用螺釘固定，滾珠部分表面暴露于通孔之外；動(dòng)子組件連接驅(qū)動(dòng)足。

進(jìn)一步，支座組件包括機(jī)盒、蓋板、定位銷、凸臺(tái)、4個(gè)定位塊和定子擋架；機(jī)盒為長(zhǎng)方體，包括底板和四周圍板；底板中心鉆有螺紋通孔，定位銷安放在螺紋通孔中，并擰入緊定螺釘，定位銷穿過(guò)十字板架的定位孔用于定子組件的安裝定位；凸臺(tái)安裝于定位銷周圍；4個(gè)定位塊用螺釘固定在底板上，每個(gè)定位塊兩相鄰?fù)鈧?cè)面上各設(shè)置一圓弧凸起，圓弧凸起分別輕壓在左圍桿、右圍桿、前圍桿和后圍桿的內(nèi)側(cè)，形成線接觸連接，各定位塊與對(duì)應(yīng)圍桿的接觸點(diǎn)在各圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)節(jié)點(diǎn)處；定子擋架卡住十字板架中心，并通過(guò)螺釘固定于底板上，且定子擋架與十字板架之間采取潤(rùn)滑接觸；蓋板用螺釘固定在機(jī)盒的四周圍板結(jié)合處，蓋板采用矩框形結(jié)構(gòu)；底板靠近四周圍板處鉆有四個(gè)安裝通孔；蓋板與滾珠連接構(gòu)成滾動(dòng)副。

進(jìn)一步，預(yù)緊組件包括碟形彈簧和至少一個(gè)環(huán)形墊圈；環(huán)形墊圈安放在凸臺(tái)之上，碟形彈簧壓在環(huán)形墊圈上，金屬基體板壓在碟形彈簧上。

進(jìn)一步，金屬基體板選用磷青銅材料，壓電陶瓷片采用PZT8。

進(jìn)一步，12片壓電陶瓷片分成內(nèi)激勵(lì)陶瓷組和面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷組；粘貼于各圍桿外側(cè)的壓電陶瓷片為面內(nèi)激勵(lì)陶瓷組，粘貼于各圍桿上下表面的壓電陶瓷片為面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷組；面內(nèi)激勵(lì)陶瓷組中置于左、右圍桿外側(cè)的為x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片，置于前、后圍桿外側(cè)的為y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片；各圍桿上的面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片粘貼在各圍桿的面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)的波峰或波谷處；x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片以及y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片分別粘貼在左、右圍桿，前、后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)波峰或波谷處。

更進(jìn)一步，x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片，y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片，面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片均沿其厚度指向圍桿表面的方向進(jìn)行壓電極化，各激勵(lì)陶瓷片與金屬基體板接觸的電極接地。

基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步驟，

（1）選取準(zhǔn)田字形定子組件的三種振動(dòng)模態(tài)作為其工作模態(tài)，分別是左、右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，前、后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，四根圍桿面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)三種工作模態(tài)；

（2）通過(guò)激發(fā)定子組件三種工作模態(tài)的共振或近共振，驅(qū)使其左、右圍桿，前、后圍桿上的驅(qū)動(dòng)足分別沿xOz、yOz面做橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)動(dòng)子組件沿x、y向移動(dòng)；

（3）定子組件的三種工作模態(tài)的固有頻率相等或盡可能趨于一致；定子組件結(jié)構(gòu)尺寸須滿足使三種工作模態(tài)頻率處在超聲頻域之內(nèi)；

（4）定子組件左、右圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振用于推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)；定子組件前、后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振用于推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)；面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)共振實(shí)現(xiàn)左、右圍桿，前、后圍桿與動(dòng)子組件的交替接觸和分離，保證x、y向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。

更進(jìn)一步，步驟（2）所述激發(fā)定子組件三種工作模態(tài)的共振或近共振包括左、右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振或近共振，采用在x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片上施加幅值為150~300 V的交變正弦電功率信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)；前、后圍桿面內(nèi)彎曲振動(dòng)模態(tài)共振或近共振，采用在y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片上施加幅值為150~300V的同頻交變正弦電功率信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)；面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)共振或近共振，采用在面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片上施加幅值為150~300V的同頻交變余弦電功率信號(hào)激發(fā)；施加在各壓電陶瓷片上的交變電功率信號(hào)的驅(qū)動(dòng)頻率盡可能接近三種工作模態(tài)的固有頻率。

具體實(shí)施時(shí)，參見(jiàn)圖1至圖7，基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)包括定子組件1、動(dòng)子組件2、支座組件3和預(yù)緊組件4，定子組件1呈準(zhǔn)田字形結(jié)構(gòu)故亦稱準(zhǔn)田字形壓電振子；定子組件1連接支座組件3；動(dòng)子組件2連接定子組件1；預(yù)緊組件4連接支座組件3；預(yù)緊組件4連接定子組件1；支座組件3的蓋板32連接動(dòng)子組件2并構(gòu)成滾動(dòng)副。

定子組件1包括金屬基體板11、壓電陶瓷組件12、驅(qū)動(dòng)足13。金屬基體板11呈準(zhǔn)“田”字結(jié)構(gòu)，它包括左圍桿111、右圍桿112、前圍桿113和后圍桿114四根矩形或正方形截面的圍桿以及十字板架115，各圍桿均連接在十字板架115上，在十字板架中心鉆有定位孔116，而在各圍桿芯部則開有調(diào)整通孔118。十字板架115與四根圍桿連接處開有柔性鉸方槽117。各圍桿上、下表面及外側(cè)，均粘貼壓電陶瓷片12。各圍桿上表面的兩端均設(shè)置了驅(qū)動(dòng)足13，驅(qū)動(dòng)足13頂面須高過(guò)壓電陶瓷組件14中各壓電陶瓷片的厚度，且驅(qū)動(dòng)足13頂端涂敷高性能摩擦材料。

壓電陶瓷組件12包括了12片壓電陶瓷片，它們被分成了兩個(gè)組別，其中粘在各圍桿外側(cè)的壓電陶瓷片構(gòu)成面內(nèi)激勵(lì)陶瓷組121，粘貼于各圍桿上下表面壓電陶瓷構(gòu)成面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷組122。在面內(nèi)激勵(lì)陶瓷組121的各壓電陶瓷片中，置于左、右圍桿外側(cè)的被稱作x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1211；而置于前、后圍桿外側(cè)的則稱為y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1212。

動(dòng)子組件包括平面滑板21，十字護(hù)珠板22，滾珠23；平面滑板21上開設(shè)十字滑槽25，滾珠23裝于其內(nèi)；在十字護(hù)珠板22橫向縱向各鉆一排小通孔。十字護(hù)珠板22蓋在平面滑板21上，并在十字護(hù)珠板和平面滑板的中心用螺釘24將它們固為一體；滾珠23的部分表面暴露在十字護(hù)珠板22上的小通孔之外。

支座組件包括機(jī)盒3、蓋板32、定位銷33、凸臺(tái)34、定位塊36、定子擋架37，其中，機(jī)盒3為長(zhǎng)方體，由底板和四周圍板組成；定位塊有4個(gè)，它們用螺釘固定在機(jī)盒3的底板上；定子擋架37也固定在機(jī)盒3的底板上；蓋板32用螺釘35固定在機(jī)盒3的四周圍板的結(jié)合處。在機(jī)盒3的底板中心鉆有螺紋通孔，螺紋通孔中放入定位銷33并在螺紋通孔內(nèi)擰入緊定螺釘，凸臺(tái)34安裝于定位銷周圍；底板靠近周邊處鉆了四個(gè)通孔，用于電機(jī)的安裝。蓋板32為矩框形結(jié)構(gòu)，這樣可使動(dòng)子組件中部位置外露。

參見(jiàn)圖8，預(yù)緊組件4由碟形彈簧41、環(huán)形墊圈42組成。環(huán)形墊圈42裝配在支座組件的凸臺(tái)34之上，碟形彈簧41壓在環(huán)形墊圈42上，定子組件2壓在碟形彈簧上41上。

本實(shí)施例基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法，選擇準(zhǔn)田字定子組件11的三種特定的振動(dòng)模態(tài)作為工作模態(tài)。這些模態(tài)分別是準(zhǔn)田字金屬?gòu)椥园宓淖笥覈鷹U的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、前后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、四根圍桿的面外對(duì)稱一階彎曲振動(dòng)模態(tài)。電機(jī)工作時(shí)，通電激發(fā)左右圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振，使兩桿上的驅(qū)動(dòng)足13推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向移動(dòng)；通電激發(fā)前后圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振，使兩桿上的驅(qū)動(dòng)足13推動(dòng)動(dòng)子組件沿y向移動(dòng)；通電激發(fā)面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)的共振，使左右圍桿、前后圍桿交替與動(dòng)子組件2進(jìn)行接觸和分離，從而使左右圍桿、前后圍桿交替推動(dòng)動(dòng)子組件沿x向和y向移動(dòng)。

而且，左右圍桿一階彎曲振動(dòng)模態(tài)的共振，須通過(guò)在兩桿外側(cè)上的x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1211施加正弦電功率信號(hào)進(jìn)行激發(fā)；前后圍桿一階彎曲振動(dòng)模態(tài)的共振，須通過(guò)在兩桿外側(cè)上的y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1212施加正弦電功率信號(hào)進(jìn)行激發(fā)；面外對(duì)稱一階彎曲振動(dòng)工作模態(tài)共振，則須通過(guò)在面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷122施加余弦電功率信號(hào)進(jìn)行激發(fā)。

以下詳細(xì)描述實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)，如圖1、圖2所示，基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)，包括定子組件1、動(dòng)子組件2、支座組件3和預(yù)緊組件4，平面電機(jī)外觀上具有田字形特征，其定子組件1連接支座組件3，動(dòng)子組件2連接定子組件1上的驅(qū)動(dòng)足13，支座組件3通過(guò)其蓋板32連接動(dòng)子組件2上的滾珠32，并與動(dòng)子組件形成滾動(dòng)副，旨在減少動(dòng)子組件3運(yùn)行時(shí)的摩擦阻力；預(yù)緊組件4連接支座組件3和定子組件1。

如圖3所示，定子組件1包括金屬基體板11、壓電陶瓷組件12、驅(qū)動(dòng)足13。金屬基體板11可以磷青銅材料制成，外觀上呈現(xiàn)準(zhǔn)“田”字形結(jié)構(gòu)，它由左圍桿111、右圍桿112、前圍桿113、后圍桿114與十字板架115組成。各圍桿的截面為矩形或正方形，它們分別連接十字板架115的四端，且采用了柔性鉸鏈連接方式，以減小十字板架對(duì)各圍桿振動(dòng)工作模態(tài)的影響。

如圖4所示，在十字板架中心部位鉆有定子定位孔116，安裝定子組件2時(shí)，利用定位孔116與支座組件3上定位銷33之間的配合實(shí)現(xiàn)定子組件2的安裝定位。金屬基體板11上各圍桿的芯部均鉆有調(diào)整通孔118，主要是為了降低各圍桿彎曲剛度以利于增大圍桿彎曲振幅，同時(shí)還可通過(guò)調(diào)整這些孔的直徑來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)三種工作模態(tài)的頻率，旨在實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作模態(tài)頻率的一致性。在金屬基體板11與各圍桿連接處，開有窄方槽117，其作用在于實(shí)現(xiàn)十字板架115與各圍桿的柔性鉸鏈連接。各圍桿上表面端部均設(shè)置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足13，且上下兩表面及其外側(cè)面均粘貼高性能壓電陶瓷片PZT8。為了避免壓電陶瓷片與動(dòng)子組件出現(xiàn)工作沖突，驅(qū)動(dòng)足13的高度應(yīng)須高過(guò)壓電陶瓷組件12中壓電陶瓷片的厚度，并且為了增大定子組件1對(duì)動(dòng)子組件2作用的摩擦驅(qū)動(dòng)力，在驅(qū)動(dòng)足13的表面涂敷有大摩擦系數(shù)的耐磨摩擦材料。

如圖5所示，壓電陶瓷組件12共包括12片壓電陶瓷片，它們被分成了兩個(gè)組別，其中粘貼在各圍桿外側(cè)的壓電陶瓷片構(gòu)成面內(nèi)激勵(lì)陶瓷組121，粘貼于各圍桿上下表面壓電陶瓷構(gòu)成面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷組122。在面內(nèi)激勵(lì)陶瓷組121的各壓電陶瓷片中，置于左、右圍桿外側(cè)的被稱作x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1211；而置于前、后圍桿外側(cè)的則稱為y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1212。為盡可能增大四根圍桿的面外彎曲工作模態(tài)振動(dòng)效應(yīng)，要求各圍桿上的面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片122應(yīng)盡可能粘貼在各圍桿的面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)工作模態(tài)的波峰或波谷處。同時(shí)，為增強(qiáng)各圍桿的面內(nèi)一階工作模態(tài)共振效應(yīng)，要求x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1211以及y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1212分別粘貼左右圍桿、前后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)工作模態(tài)波峰或波谷處。

如圖6所示，所述動(dòng)子組件包括平面滑板21、十字護(hù)珠板22、滾珠23。平面滑板21上銑出了十字滑槽25，并且槽寬應(yīng)略大于滾珠直徑以便滾珠23能裝在滑槽內(nèi)。十字護(hù)珠板22主要起到擋護(hù)滾珠23的作用。沿十字護(hù)珠板22的縱向、橫向鉆出兩排小的通孔，小通孔的孔徑略小于滾珠直徑，并且小通孔的數(shù)量及其位置分別與滑槽內(nèi)滾珠23數(shù)量及位置相對(duì)應(yīng)。十字護(hù)珠板22蓋在平面滑板21上，并在十字護(hù)珠板和平面滑板的中心用螺釘24將它們固定為一體，須使?jié)L珠23上有一部分表面外露在十字護(hù)珠板22的小通孔之外，從而使?jié)L珠23與蓋板32形成滾動(dòng)副以減小摩擦阻力。

如圖7所示，支座組件包括機(jī)盒3、蓋板32、定位銷33、凸臺(tái)34、定位塊36、定子擋架37，其中，定位塊共有4個(gè)，它們用螺釘固定在機(jī)盒3的底板上，而各定位塊36上的兩相鄰側(cè)面上均設(shè)置了兩個(gè)圓弧凸起，且兩個(gè)凸起分別輕壓在定子組件1的兩相鄰圍桿的內(nèi)側(cè)，形成線接觸連接，而4個(gè)定位塊上共8個(gè)凸起分別與4根圍桿接觸，能起到限制定子x、y向移動(dòng)與繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。定子擋架37跨在金屬基體板11的十字板架115上，進(jìn)行輕壓后，用螺釘將其固定在機(jī)盒3的底板上，起限制定子的z向移動(dòng)的作用。為了盡可能減少因定子組件2的定位固定而給其工作模態(tài)的振動(dòng)帶來(lái)的不良影響，定位塊與圍桿接觸的位置必須是圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)處，而定子擋架37與定子組件2之間應(yīng)實(shí)施簡(jiǎn)單潤(rùn)滑，旨在盡量減小檔架37對(duì)十字板架115滑移運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力。蓋板32通過(guò)螺釘35固定在機(jī)盒3的四周圍板的結(jié)合處。在機(jī)盒3的底板中心處鉆有螺紋通孔，放入定位銷33并在螺紋通孔內(nèi)擰入緊定螺釘，通過(guò)定位銷33與十字板架定位孔116的配合，實(shí)現(xiàn)定子組件的安裝定位。在底板靠近四周圍板的位置鉆四個(gè)通孔，用作平面電機(jī)的安裝固定。蓋板32呈矩框形結(jié)構(gòu)，旨在保證動(dòng)子組件2的中間部位能呈外露狀態(tài)。

如圖8所示，預(yù)緊組件4包括碟形彈簧41和若干個(gè)環(huán)形墊圈42。環(huán)形墊圈42安放在支座組件的凸臺(tái)34之上，碟形彈簧41壓在環(huán)形墊圈42上，定子組件1的金屬基體板11壓在碟形彈簧41上。預(yù)緊組件4實(shí)現(xiàn)定子組件1對(duì)動(dòng)子組件2的預(yù)緊加壓作用，以使定子組件1對(duì)動(dòng)子組件2產(chǎn)生較大的摩擦驅(qū)動(dòng)力。增加或減少環(huán)形墊圈42的數(shù)量，可調(diào)節(jié)定子組件1與動(dòng)子組件2的預(yù)緊程度，從而調(diào)節(jié)電機(jī)輸出動(dòng)力的大小。

如圖9、圖10、圖11所示，本實(shí)施例基于準(zhǔn)田字形壓電振子驅(qū)動(dòng)的平面電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法，選取準(zhǔn)田字形定子組件11的三種特定的振動(dòng)模態(tài)作為其工作模態(tài)，這些模態(tài)分別是左右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、前后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、四根圍桿面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)。平面電機(jī)通過(guò)激發(fā)定子組件1上述三種工作模態(tài)的共振或近共振，驅(qū)使其左右圍桿、前后圍桿上的驅(qū)動(dòng)足13分別沿xOz、yOz面做橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而借助驅(qū)動(dòng)足13作用動(dòng)子組件2上的摩擦力，推動(dòng)動(dòng)子組件2沿x、y向移動(dòng)。為合成出上述兩相橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，要求定子組件的三相工作模態(tài)的固有頻率必須相等或盡可能趨于一致。同時(shí)，為了防止電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生較大的機(jī)械噪聲，須合理設(shè)計(jì)定子組件1的結(jié)構(gòu)尺寸，使三相工作模態(tài)頻率處在超聲頻域之內(nèi)，這樣一來(lái)，在對(duì)三相工作模態(tài)進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，定子的各圍桿就會(huì)做超聲頻域工作模態(tài)共振或近共振，使左右圍桿驅(qū)動(dòng)足13沿xOz面做橢圓運(yùn)動(dòng)，而前后圍桿則沿yOz面做橢圓運(yùn)動(dòng)。定子組件1的三種工作模態(tài)的作用分別是：定子組件1左右圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振主要起推動(dòng)動(dòng)子組件2沿x向移動(dòng)之作用；定子組件1前后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振，主要起推動(dòng)動(dòng)子組件2沿y向移動(dòng)之作用；面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)共振則實(shí)現(xiàn)左右圍桿、前后圍桿與動(dòng)子組件2的交替接觸和分離，保證x、y向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。

如圖12所示，定子組件2上左右圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)共振或近共振，是通過(guò)在左右圍桿的x向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1211上施加幅值在150~300 V范圍之內(nèi)的交變正弦電功率信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)的；前、后圍桿面內(nèi)彎曲振動(dòng)模態(tài)共振或近共振，則通過(guò)在前后圍桿的y向振動(dòng)激勵(lì)陶瓷片1212施加幅值在150~300V范圍之內(nèi)的同頻交變正弦電功率信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)的；面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)模態(tài)的共振或近共振，則通過(guò)在面外彎曲振動(dòng)激勵(lì)陶瓷122施加幅值為150~300V的同頻交變余弦電功率信號(hào)激發(fā)的。為能夠激發(fā)出電機(jī)正常運(yùn)行所需的足夠大的驅(qū)動(dòng)足13振幅，施加在各壓電陶瓷片上的交變電功率信號(hào)的驅(qū)動(dòng)頻率，必須與三種工作模態(tài)的固有頻率盡可能接近。

為了保證在對(duì)壓電陶瓷片進(jìn)行通電后能有效地激發(fā)定子組件2三種工作模態(tài)的共振或近共振，必須對(duì)壓電陶瓷組件12內(nèi)的各陶瓷片極化配置方式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，亦即要求各壓電陶瓷片均需沿其厚度指向圍桿表面的方向進(jìn)行壓電極化，各壓電陶瓷片與定子組件1的金屬基體板接觸的電極應(yīng)接地。

在準(zhǔn)田字形定子組件1的一個(gè)振動(dòng)工作周期T內(nèi)，定子組件1分四個(gè)階段對(duì)動(dòng)子組件2進(jìn)行推動(dòng)以實(shí)現(xiàn)平面電機(jī)的x、y向的移動(dòng)。考慮到左圍桿111與右圍桿112、前圍桿113與后圍桿114的振動(dòng)及其對(duì)動(dòng)子組件2的驅(qū)動(dòng)情況完全相同，故下面僅以右圍桿112、前圍桿113為例來(lái)說(shuō)明動(dòng)子組件2的平面運(yùn)動(dòng)推動(dòng)過(guò)程，具體如下：

第一步（在0~T/4時(shí)段），如圖13、圖14、圖15所示，在xOz面內(nèi)，右圍桿112由最大上彎狀態(tài)彎回到面外彎曲振動(dòng)的零彎曲變形量狀態(tài)，使其驅(qū)動(dòng)足13保持與動(dòng)子組件2接觸；而在沿xOy平面內(nèi)，右圍桿112由面內(nèi)彎曲變形為零的狀態(tài)彎曲到最大右彎狀態(tài)，使右圍桿112上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足A、B分別由A1、B1運(yùn)行到A2、B2，從而推動(dòng)動(dòng)子組件2沿x向移動(dòng)第一步。與此同時(shí)，在xOz面內(nèi)，前圍桿113由最大下彎狀態(tài)彎回到面外零彎曲變形量狀態(tài)，前圍桿113上的驅(qū)動(dòng)足13與動(dòng)子組件2相分離；在沿xOy面內(nèi)，前圍桿113由面內(nèi)零彎曲變形量狀態(tài)向前彎曲到面內(nèi)最大前彎狀態(tài)，使前圍桿113上的驅(qū)動(dòng)足E、F分別由E1、F1行進(jìn)到E2、F2。

第二步（在T/4~T/2時(shí)段），如圖16、圖17、圖18所示，在沿xOz平面內(nèi)，右圍桿112由面外零彎曲量變形狀態(tài)向下彎曲到最大下彎狀態(tài)，使其驅(qū)動(dòng)足13與動(dòng)子組件2相分離；而在沿xOy面平面內(nèi)，右圍桿112由最大右彎狀態(tài)回復(fù)到面內(nèi)零彎曲變形狀態(tài)，使右圍桿112上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足A、B分別由A2、B2到達(dá)A3、B3。同時(shí)，在xOz面內(nèi)，前圍桿113由面外零彎曲量變形狀態(tài)向上彎曲至最大上彎狀態(tài)，使前圍桿113上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子組件2進(jìn)行接觸；沿xOy面之內(nèi)，前圍桿113由面內(nèi)最大前彎態(tài)向后彎曲成面內(nèi)零彎曲變形狀態(tài)，使前圍桿上的兩驅(qū)動(dòng)足E、F由E2、F2到達(dá)E3、F3并且推動(dòng)動(dòng)子組件2沿y向后移一步。

第三步（在T/2~3T/4時(shí)段），如圖19、圖20、圖21所示，在沿xOz平面內(nèi)，右圍桿112由最大下彎狀態(tài)彎回到面外零彎曲量變形量狀態(tài)，使其驅(qū)動(dòng)足13與動(dòng)子組件2之間保持分離狀態(tài)；沿xOy面內(nèi)，右圍桿112由面內(nèi)零彎曲變形量狀態(tài)向左彎曲到最大左彎狀態(tài)，使右桿112上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足A、B分別由A3、B3到達(dá)A4、B4。同時(shí)，在xOz面內(nèi)，前圍桿113則由最大上彎狀態(tài)回復(fù)到面外零彎曲變形量狀態(tài)，使前圍桿113上的驅(qū)動(dòng)足13仍保持與動(dòng)子組件2相接觸；沿xOy面內(nèi)，前圍桿由面內(nèi)零彎曲變形量狀態(tài)向后彎曲成最大后彎狀態(tài)，驅(qū)使前圍桿113上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足E、F由E3、F3行進(jìn)到E4、F4，從而推動(dòng)動(dòng)子組件2沿y向后移第二步。

第四步（在3T/4~ T時(shí)段），如圖22、圖23、圖24所示，沿xOz面內(nèi)，右圍桿112由面外零彎曲變形量狀態(tài)向上彎曲到最大上彎狀態(tài)，使右圍桿112的驅(qū)動(dòng)足13與動(dòng)子組件2開始接觸；沿xOy面內(nèi)，右圍桿112由面內(nèi)最大左彎狀態(tài)回復(fù)到面內(nèi)零彎曲變形量狀態(tài)，使右圍桿112上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足A、B分別由A4、B4到達(dá)A1、B1，從而推動(dòng)動(dòng)子組件2沿x向移動(dòng)第二步。同時(shí)，在xOz面內(nèi)，前圍桿112由面外零彎曲變形量狀態(tài)向下彎曲到最大下彎狀態(tài)，使前圍桿113上的驅(qū)動(dòng)足13與動(dòng)子組件2相分離；沿xOy面內(nèi)，前圍桿113則由最大后彎狀態(tài)彎回到面內(nèi)零彎曲變形量狀態(tài)，使前圍桿113上的兩驅(qū)動(dòng)足E、F由E4、F4行進(jìn)到E1、F1。

每當(dāng)定子組件1完成一個(gè)振動(dòng)周期T，它就就將推動(dòng)動(dòng)子組件2上的平面滑板21分別沿x、y向移動(dòng)2個(gè)步距，而當(dāng)定子組件1不斷重復(fù)上述振動(dòng)循環(huán)時(shí)，它將推動(dòng)平面滑板21不斷沿著x、y向行進(jìn)。如果逆轉(zhuǎn)面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)工作模態(tài)振動(dòng)與左右圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)振動(dòng)之間相位差，或者逆轉(zhuǎn)面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)工作模態(tài)振動(dòng)與前后圍桿的面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)模態(tài)振動(dòng)之間的相位差，則平面滑板21將反向運(yùn)行。

綜上所述，在本實(shí)施例中定子組件連接支座組件，動(dòng)子組件連接定子組件的驅(qū)動(dòng)足，支座組件的蓋板連接動(dòng)子組件上的滾珠并構(gòu)成滾動(dòng)副，預(yù)緊組件下端連接支座組件、上端連接定子組件。定子組件外觀呈“田”字形結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過(guò)激發(fā)準(zhǔn)田字形定子組件的面外一階對(duì)稱彎曲振動(dòng)、左右圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)、前后圍桿面內(nèi)一階彎曲振動(dòng)三種模態(tài)的振動(dòng)或近共振復(fù)合出兩相橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，據(jù)此推動(dòng)動(dòng)子組件交替地沿x、y向移動(dòng)。由定子組件直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)子組件，故平面電機(jī)可實(shí)現(xiàn)微米甚至更高精度級(jí)別的平面運(yùn)動(dòng)；定子組件上八個(gè)驅(qū)動(dòng)足分兩組交替地推動(dòng)動(dòng)子組件運(yùn)動(dòng)，每個(gè)時(shí)刻均有四個(gè)驅(qū)動(dòng)足推動(dòng)動(dòng)子組件移動(dòng)，這就大大增加了平面電機(jī)輸出動(dòng)力與速度并使電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)；平面電機(jī)利用面內(nèi)驅(qū)動(dòng)足推動(dòng)動(dòng)子組件，從而有利于實(shí)現(xiàn)平面電機(jī)的薄型化、平板化設(shè)計(jì)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變形或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。