Anregungskonzepte und Modellierung piezoelektrischer Trägheitsmotoren

Piezoelektrische Trägheitsmotoren nutzen die Trägheit einer bewegten Masse, um diese in kleinen Schritten durch abwechselnde Haft- und Gleitphasen voranzutreiben. Eine Kernfrage bei der Entwicklung eines piezoelektrischen Trägheitsmotors ist, welches elektrische Ansteuersignal für das gewünschte Motorverhalten optimal ist. Das elektrische Signal führt zu einer Bewegung des piezoelektrischen Aktors und damit der Antriebsstange, die den reibschlüssigen Vortrieb bewirkt. Entsprechend wird diese Fragestellung in zwei Teilen untersucht: Anhand eines Starrkörpermodells werden zunächst Bewegungsverläufe für die Antriebsstange ermittelt, mit denen die maximale Geschwindigkeit erreicht wird. Dabei werden drei Antriebsmodi identifiziert. Mit allen kann eine höhere Geschwindigkeit als mit der heute häufig verwendeten Sägezahnanregung erreicht werden. Anschließend wird ein einfaches dynamisches Modell eines piezoelektrischen Aktors genutzt, um die notwendigen elektrischen Ansteuersignale für die verschiedenen Antriebsmodi zu bestimmen. Es zeigt sich, dass das gewählte einfache Modell hierzu nur bedingt geeignet ist.