Um die Beschränkungen bestehender piezoelektrischer Motoren zu überwinden, die eine Kombination aus schnellbewegtem und hochauflösendem Positionieren erschweren, wurde ein multiskaliger longitudinal-scher-modus piezoelektrischer Motor entwickelt. Durch zwei Betriebsmodi – quasistatisch und resonant – werden die doppelten Anforderungen an Geschwindigkeit und Präzision im Bereich der Präzisionsantriebe erfüllt. Der Motor verwendet eine Statorstruktur, die einen longitudinalen Vibrationswandler (basierend auf dem d₃₃-Effekt der piezokeramischen Materialien) und einen Sandwich-Schervibrationswandler (basierend auf dem d₁₅-Effekt) kombiniert und orthogonale, gleichfrequente Schwingungen zu einer elliptischen Bewegung des Antriebsfußes synthetisiert. Schlüsselparameter wurden mittels Finite-Elemente-Simulation optimiert: Im quasistatischen Modus wurde die Steifigkeit des ersten Gelenks auf 16,66 N/µm ausgelegt, um die Wegausbeute zu erhöhen; im Resonanzmodus wurden Strukturparameter angepasst, um eine Degeneration der Modalfrequenzen der longitudinalen (7.829,6 Hz) und Biegevibrationen (7.860,7 Hz) zu erreichen. Experimentelle Ergebnisse zeigen: Bei quasistatischer Anregung (Frequenz 800 Hz, Vorspannkraft 0,38 N) beträgt die minimale Verschiebungsauflösung 39 nm, die maximale Geschwindigkeit 0,95 mm/s; bei resonanter Anregung (Frequenz 6.780 Hz, Phasenverschiebung 30°) erreicht die maximale Leerlaufgeschwindigkeit 125,33 mm/s, die maximale Last 0,45 N. Der Motor übertrifft traditionelle Einmodusmotoren signifikant hinsichtlich Geschwindigkeit (125,33 mm/s) und Auflösung (39 nm), löst das Problem der schwer vereinbaren hohen Geschwindigkeit und hohen Präzision und bietet eine effektive technische Lösung für präzises Multiskalen-Positionieren.

piezoelektrischer Motor; longitudinaler Schermodus; multiskaliger Antrieb; piezokeramik; quasistatisch