Para superar as limitações dos motores piezoelétricos existentes que têm dificuldade em conciliar movimento em alta velocidade e posicionamento de alta resolução, foi projetado um motor piezoelétrico modal de corte longitudinal em várias escalas. Ele opera em dois modos, quase-estático e ressonante harmônico, para atender às demandas duplas de velocidade e precisão no domínio de acionamentos de precisão. O motor adota uma estrutura de estator composta que integra um transdutor de vibração longitudinal (baseado no efeito d33 da cerâmica piezoelétrica) e um transdutor de cisalhamento sandwich (baseado no efeito d15 da cerâmica piezoelétrica), utilizando a síntese de vibrações ortogonais na mesma frequência para gerar uma trajetória elíptica do pé de acionamento. Os parâmetros principais foram otimizados por simulação de elementos finitos: para o modo quase-estático, a rigidez da primeira dobradiça foi projetada em 16,66 N/µm para melhorar a eficiência da saída de deslocamento; para o modo ressonante, os parâmetros estruturais foram ajustados para alcançar degeneração das frequências modais de vibração longitudinal (7.829,6 Hz) e de flexão (7.860,7 Hz). Resultados experimentais mostraram que, sob excitação quase-estática (frequência 800 Hz, pré-carga 0,38 N), a resolução mínima de deslocamento atingiu 39 nm e a velocidade máxima foi 0,95 mm/s; sob excitação ressonante (frequência 6.780 Hz, defasagem de 30°), a velocidade máxima sem carga chegou a 125,33 mm/s e a carga máxima foi 0,45 N. Este motor supera significativamente motores tradicionais de modo único em velocidade (125,33 mm/s) e resolução (39 nm), resolvendo o desafio difícil de compatibilizar alta velocidade com alta precisão, oferecendo uma solução técnica eficaz para acionamentos de posicionamento preciso em escalas cruzadas.

Motor piezoelétrico; modo de corte longitudinal; acionamento em várias escalas; cerâmica piezoelétrica; quase-estático