一种纵弯复合模态直线超声电机的研究

本文提出了一种纵弯复合模态超声电机,通过两相电信号激励电机振子产生一阶伸缩及三阶弯曲模态,在驱动足处耦合出椭圆轨迹,并利用摩擦力驱使动子运动。利用有限元软件优选出压电振子基体的结构尺寸、两模态振型及两模态频率差并设计制作原理样机,对原理样机的振动特性及输出性能进行了测试。在240 V峰峰值驱动电压时,原理样机的最佳驱动频率为36.783 kHz,对应的最大空载速度为21.66 mm/s,最大推力0.12 N。

一种纵弯复合模态超声振子的频率修正方法

纵弯复合型超声电机在实际工作中会出现2个工作模态的频率差值较大,进而导致电机无法正常运行的情况。针对该问题提出了一种通过在振子基座后壁中心铣削盲孔减小一阶纵向振动固有频率,从而使2种模态的频率差接近的方法,在频率修正过程中2种模态的振型没有变化。利用有限元法对振子的频率修正结果进行了仿真,并对样机振子进行了实验测试,验证了该方法的可行性。

U型变截面薄板面内复合模态驱动的直线超声电机

提出一种U型变截面薄板结构驱动的压电直线超声电机,选定U板两纵杆的一阶反对称纵振和二阶对称弯振为工作模态。阐释了电机驱动机理,推导了定子驱动端椭圆运动轨迹;基于纵、弯工作模态频率一致性模型,优化了电机结构尺寸;通过谐响应分析及激光测振试验,证实了定子工作模态的存在及其纯正性;设计出电机装配结构,制作出其原型样机;构建电机驱动控制平台,驱动电机运转,验证电机原理的可行性。通过速度特性试验发现:当驱动频率为78.11 kHz且电压幅值为240 V时,电机最大运动速度可达125.6 mm/s。

贴片式纵弯复合型直线超声电机的理论建模与实验研究

为了满足狭窄空间的精密驱动与控制需求,提出一种结构简单、紧凑、体积小、重量轻的贴片式纵弯复合型直线超声电机。通过两相电信号激励电机定子产生纵弯复合模态,并在驱动足处耦合出椭圆轨迹,从而经摩擦作用驱动动子实现电机的双向运动。首先,采用传递矩阵法建立定子系统机电耦合模型以分析定子的动力学特性,并对定子结构尺寸进行优化设计。其次,加工并装配定子的原理样机,通过测振实验验证了理论模型的正确性。最后,搭建实验平台并对电机原理样机进行了机械输出性能测试,结果表明:在峰峰值200V驱动电压下,电机原理样机在左右2个方向上的最佳驱动频率分别为35.6kHz和35.7kHz,对应的最大空载速度分别为486mm/s和551mm/s,最大推力为0.4 N;在峰峰500V驱动电压下,电机原理样机在左右2个方向上的最大推力分别为0.48N和0.46N。