Для преодоления ограничений существующих пьезоэлектрических двигателей, которые трудно одновременно обеспечить высокую скорость движения и высокое разрешение позиционирования, был разработан пьезоэлектрический двигатель с продольным модовым перемещением на разных масштабах. Двигатель работает в двух режимах — квазистатическом и резонансном — чтобы удовлетворить двойные требования к скорости и точности в области прецизионного привода. В двигателе используется структура статора, сочетающая продольный виброизлучатель (основан на пьезоэффекте d₃₃ в керамике) и сэндвич-стригущий виброизлучатель (основан на пьезоэффекте d₁₅ в керамике). Управление основано на синтезе ортогональных колебаний с одинаковой частотой для создания эллиптической траектории движения приводного ролика. Оптимизация ключевых параметров проведена с помощью моделирования методом конечных элементов: для квазистатического режима жесткость первого шарнира была рассчитана как 16,66 Н/мкм для повышения эффективности смещения; для резонансного режима структурные параметры были отрегулированы для выравнивания частот продольной (7829,6 Гц) и изгибной (7860,7 Гц) мод. Экспериментальные результаты показали: при квазистатической стимуляции (частота 800 Гц, предварительное давление 0,38 Н) минимальное разрешение смещения достигло 39 нм, максимальная скорость — 0,95 мм/с; при резонансной стимуляции (частота 6780 Гц, фазовый сдвиг 30°) максимальная скорость без нагрузки достигла 125,33 мм/с, максимальная нагрузка — 0,45 Н. Двигатель значительно превосходит традиционные однорежимные двигатели по скорости (125,33 мм/с) и разрешению (39 нм), решая проблему несовместимости высокой скорости и высокой точности, и предоставляет эффективное техническое решение для аддитивного прецизионного позиционирования.

Пьезоэлектрический двигатель; Продольный мод; Многоуровневый привод; Пьезокерамика; Квазистатический