多自由度纵弯复合模态球型超声波电动机研究

多自由度纵弯复合模态球型超声波电动机研究

李兆胜,赵学涛,刘 荣,陈 晨

【摘 要】为有效提高超声波电动机的机械输出性能和改变输出形式,设计了一种纵弯复合四换能器式多自由度球型超声波电动机驱动器。该电机驱动器由两两对称的4个纵弯悬臂梁换能器和定子圆筒组成,悬臂与纵弯陶瓷片一起被固定在螺柱之上。对电机的驱动原理进行分析,利用有限元法对电机结构参数进行设计和仿真,设计出正方形电机驱动器,其总长度为136 mm,换能器长度为76 mm,定子圆筒外径为90 mm。实现电机的纵弯模态特征频率的简并值为21 080 Hz,并对电机的瞬态特性和谐响应进行分析,得出在20 945 Hz处振幅最大,质点最大位移提高50%,验证了所设计的电机的可行性和有效性。研制电机并进行试验,最大力矩为0.98 N·m,最大转速为53 r/min。 【期刊名称】微特电机 【年(卷),期】2017(045)007 【总页数】4

【关键词】超声波电动机;纵弯换能器;模态简并;力矩

0 引 言

超声波电动机是近几十年发展起来的,一种利用通有交变电压的压电陶瓷来激发定子弹性体的固有频率振动在摩擦力的作用下使转子运动的新型驱动器[1]。超声波电动机具有结构简单、体积小、重量轻、惯性小、低速大转矩、响应快、断电自锁、不受电磁干扰等优点[2-3]。

在当前超声波电动机的研究中,虽然结构多样,但大部分输出形式单个自由度,较为单一[4-6],并且其机械输出性能(如力矩)也受到严重制约[7],难以满足空间机