Para superar las limitaciones de los motores piezoeléctricos existentes que tienen dificultades para combinar movimiento a alta velocidad con posicionamiento de alta resolución, se diseñó un motor piezoeléctrico modal de corte longitudinal a múltiples escalas que funciona en modos cuasiestático y resonante para satisfacer las demandas duales de velocidad y precisión en el ámbito de los accionamientos de precisión. El motor emplea una estructura de estator compuesta por un transductor de vibración longitudinal (basado en el efecto piezoeléctrico d₃₃ de la cerámica) y un transductor de corte tipo sándwich (basado en el efecto piezoeléctrico d₁₅). Se utiliza la síntesis de vibraciones ortogonales en la misma frecuencia para generar la trayectoria de movimiento elíptica del pie de accionamiento. Mediante simulación por elementos finitos, se optimizaron los parámetros clave: para el modo cuasiestático, la rigidez de la primera bisagra se diseñó en 16,66 N/µm para mejorar la eficiencia del desplazamiento; para el modo resonante, se ajustaron los parámetros estructurales para lograr la degeneración de las frecuencias de los modos de vibración longitudinal (7 829,6 Hz) y flexional (7 860,7 Hz). Los resultados experimentales muestran que, bajo excitación cuasiestática (frecuencia 800 Hz, precarga 0,38 N), la resolución mínima de desplazamiento del motor alcanzó los 39 nm y la velocidad máxima fue 0,95 mm/s; bajo excitación resonante (frecuencia 6 780 Hz, desfase 30°), la máxima velocidad sin carga fue 125,33 mm/s y la carga máxima 0,45 N. Este motor supera significativamente a los motores tradicionales de modo único en velocidad (125,33 mm/s) y resolución (39 nm), resolviendo el desafío de compatibilizar alta velocidad y alta precisión, y proporciona una solución técnica efectiva para el posicionamiento de precisión a múltiples escalas.

Motor piezoeléctrico; Modo de corte longitudinal; Multiescala; Cerámica piezoeléctrica; Cuasiestático