双转子柱体超声波电机运行机理与实验研究震动电机
双转子柱体超声波电机运行机理与实验研究
双转子柱体超声波电机运行机理与实验研究 2011: 莫岳平1,2,胡敏强1,金龙1,徐志科1,顾菊平1,王心坚1(1.东南大学电气工程系,江苏 南京210096;2.扬州大学工学院,江苏 扬州225009)1 引言 由于超声波电机具有低速大转矩、动态响应快、无电磁干扰、惯性小、控制特性好、定位精度高、重量轻、结构简单等突出特点,因而在工业控制、精密仪器仪表、航空航天、汽车专用电器、智能机器人等领域中有着广泛的应用前景[1,2],受到许多国家高度重视。超声波电机可直接驱动负载,避免了使用齿轮变速而产生的振动、噪声、间隙以及低效率、难控制等一系列问题。所以,超声波电机是一种全新的自动控制执行元件,也是一种崭新的传动形式,是对传统电磁驱动原理的突破和有力的补充。 目前,环形行波型超声波电机已有较成熟的设计方法,但该型电机在小直径条件下,输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点,而且由于其结构的限制,效率也很难提高。而柱体弯曲振动超声波电机采用兰杰文振子结构,机械效率高。该电机依靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子,所以定子的直径越小,摇头振动的幅值越大,小型化更能显示出这种电机的优越性。因此,这种电机特别适合对电机的重量、体积、性能等方面有特殊要求的应用场合,如精密光学仪器、导弹导引头的跟随控制装置、照相机调焦等。另外,由于柱体弯曲振动超声波电机采用兰杰文振子,结构简单,压电陶瓷不需粘接,其装配工艺容易实现自动化,因而制造成本低,便于推广应用。所以该电机近年来在超声波电机领域备受关注。 柱体弯曲振动超声波电机的研究较晚,日本的Minoru Kurosawa于1989年首先介绍了此类电机[3];Morita Takeshi等于1995年采用水热沉积法(hydrothermal)在金属管上沉积压电陶瓷薄膜做成棒状定子,对其原理做了定性分析[4];Morita Takeshi和Pin Lu等分别报道了此类电机的结构、原理和性能等[5,6];褚祥诚等研究一种直径为1.8mm的棒状压电陶瓷微马达,阐述了压电微马达的驱动机理、部分制作工艺及工作特性[7];Shuxiang Dong等研制了直径15mm、单转子、基于弯曲振动模态的柱体超声波电机,该电机最大转矩0.055N·m、最低转速70r/min[8]。 本文研制的是一种双转子柱体弯曲振动超声波电机,它具备柱体型超声波电机的全部优点,并采用两个转子,充分利用柱体的弯曲振动,使电机输出转矩更大。文中阐述了柱体弯曲振动超声波电机的运行机理,证明了定子表面质点的运动轨迹为一椭圆;利用ANSYS有限元软件分析了电机的弯曲振动模态;用阻抗特性分析仪分析了电机的阻抗特性和相位特性;制作了直径为20mm的双转子柱体弯曲振动超声波电机,并对其输出特性进行了初步测试,该电机最大转矩达0.16N·m、最高转速为220r/min。2 电机结构与工作原理 图1为所研制的双转子柱体弯曲振动超声波电机结构。定子采用兰杰文振子、变截面形式,有螺杆把二组定、转子金属弹性体和二组四片压电陶瓷元件及电极片连接在一起。定子的这种设计使得压电陶瓷不需粘结,激振效率高,工艺简单,且定子直径越小,弯曲摇摆振幅越大。压电陶瓷元件利用纵向效应来激励电机定子的振动模态,所使用的压电陶瓷为环状。压电陶瓷电极分割为两部分,并且相互反相极化。四片压电陶瓷按极性相反两两叠合成一组。为了激励两个正交的弯曲振动模态,两组弯曲振动陶瓷环需互相错开90º。 利用单个圆柱形结构做成压电超声电机的定子,通过对定子的振型设计和压电陶瓷的极化与配置的设计,并通过驱动控制电路使定子表面质点产生椭圆运动,从而实现转子的旋转,如图2所示。通过交换两相激励电源的相序即可改变电机的旋转方向。这种设计从根本上缩小了电机的体积,突显超声波电机结构紧凑、低速大扭矩、可直接驱动负载和定位精度高的优点。而双转子结构,利用定子两端产生的两个相同的椭圆运动同时驱动两个转子转动,理论上可使电机输出转矩增加1倍。且充分利用定子振动,因而效率更高。3 双定子振动模态有限元分析 利用有限元方法来设计定子,可使定子在激励二个振动模态时不仅正交且频率保持一致。同时,通过有限元方法,可验证压电陶瓷在定子上放置的位置,使压电陶瓷激振效率最高。另一方面也可找到支撑位置,使
- 下一篇:CRM打造战略伙伴式客户关系0R形端子
- 上一篇:远心镜头技术及选型镭射加工
- 最火2日1630商丘市场建筑钢材价格行情滨州福清绝缘接头热敏电阻信息配线箱Rra
- 最火30日杭州市场镀锌管价格行情AC电源线锻压设备建阳莆田温控器Rra
- 最火31省份6月CPI数据出炉28省份涨幅低冲床模具攻丝机冷库实验仪器仪表机床Rra
- 最火今日合结钢价格17单向可控硅滚丝轮螺钉水轮机圆螺母Rra
- 最火谷歌被欧盟提起反垄断诉讼现已扩大至移动应毕节风扇景洪曲线锯消防标志灯Rra
- 最火水环真空泵当前价格趋势电缆设备黄山牡丹江天线插头纸杯机Rra
- 最火为矿业全产业链发展提供解决方案第五届中国电冰箱合成器脉冲仪塑料破碎机针刺机Rra
- 最火兖矿集团轻合金公司二季度经济运行逆势回升传感器设备管线探测仪连接模块手摇油泵印码机Rra
- 最火整合预期推升煤炭板块逆势逞强中国神华大涨纯水器光固机链轨数控车床永磁起重器Rra
- 最火2016年11月17日今天氧化镧价格行情标准电缆服装机械卷扬机热风枪新沂Rra
- 最火20日宁波市场带钢价格行情电机阀滑阀模具陶瓷阀门直刀Rra
- 最火解析冲针的性能及用途称重设备工业毛刷蓝牙天线湿巾包装机液压管Rra
- 最火藤木家具的材料分类及特性4传送带灌肠器连接器组装梳理机印刷耗材Rra
- 最火建筑细石混凝土泵租赁的市场需求Av插座堆垛机建筑卷扬机普洱温岭Rra