研究团队研发新型超声波电动机,可广泛用于精密传动、航空航天等领域中。

2020-11-09 21:23

相关论文以题为“Longitudinal Composite-Mode Linear Ultrasonic Motor for Motion Servo System of Probe Station”于北京时间2020年11月05号宣布在《Actuators》上。
研讨团队研制新式超声波电动机,可广泛用于精细传动、航空航天等领域中。


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本文提出了一种具有相同部分纵向振荡形状的两种作业形式的振荡模型。因为两种作业形式是由相同的部分部件行为发生的,所以两种作业形式的差异不明显,并且两种作业形式下装配对频率的影响类似,这是本规划的长处。此外,本研讨还考虑了将压电陶瓷直接附着在金属基底上的小型化。所出现的作业可以用图1所示的图形来阐明。


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所提出的纵向组合模态LUSM的结构如图2所示。它由电动机、定子、夹紧组织和底座组成。该移动装置是由安装在底座上的翻滚球导杆带动的滑杆,滑杆由椭圆振荡的顶级经过冲突力驱动。夹紧组织具有束缚定子运动自在和施加定子与电机之间的法向接触力的两层功用。一对带v形槽的特氟龙导向滑块合作定子的v形边际以束缚定子。定子底部的预压绷簧和调理螺母在定子和电机之间施加压力。电机通电后,定子上的驱动端沿椭圆轨道振荡,经过冲突将振荡转化为动器的单向运动。
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定子为对称平面结构,由一对矩形压电振子组成,压电振子一端由拱结构衔接,中心由支撑结构衔接。在每个矩形压电振子的双面张贴一对矩形压电陶瓷片。在拱形结构的顶部,填充了一个锥形孔的氧化铝陶瓷,提高了定子的寿数。两个压电振子之间的支撑结构可以避免定子的变形。压电振子的边际呈v形结构。



压电陶瓷片的极化方向如图3所示。对四片压电陶瓷片沿厚度方向进行极化。在同一侧的压电陶瓷片上施加相同的电压鼓励信号。将相位a正弦信号加到一侧的两块压电陶瓷上,将相位b余弦信号加到另一侧的两块压电陶瓷上。这两个信号的频率和振幅是相同的。金属基板衔接到鼓励电压的参阅零点。


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这两个信号的频率挨近矩形压电振子一阶纵向振荡的共振频率。振荡呼应可以看作是挨近共振频率的两种作业形式的叠加。如图4所示,这两种作业形式是由相同的部分形式发生的,可是相移不同。在图4a中,两个矩形压电振子以相同的相位振荡,驱动端沿Y方向振荡。在图4b中,两个矩形压电振子以相反的相位振荡,驱动端沿X方向振荡。


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操作测验



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图5. 试验设置。
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图7. 频率速度曲线:单相励磁的频率速度曲线;具有双相励磁的频率速度曲线。
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可以看出,单相鼓励频率为51.8 kHz时,最大速度为488 mm/s;双相鼓励频率为55.4 kHz时,最大速度为980 mm/s。两个共振频率的相对差错为6.5%,是可以承受的差错。两种鼓励形式下电机的振荡形式相同,但构成的振荡轨道不同。双相鼓励的作业方式是两个具有相位差的单相鼓励的叠加。运转试验成果表明,在单相和双相鼓励下,电机在鼓励频率挨近模态频率时运转杰出,在鼓励频率挨近模态频率时电机可以到达最大转速。在模态频率邻近具有杰出的负载特性,电机的最大坚持力为1 N。



在晶片检测过程中,规划探测器站时对高分辨率、长行程规模和高速有很高的要求。研讨人员提出了一种根据LUSM的运动操控体系并剖析了其结构和作业原理。他们还确认了定子的组成原则,选用相同的部分模态组成低频差速电机。根据模态叠加理论,剖析了体系的谐波呼应的振荡轨道。经过描绘不同情况下的运动轨道,发现即便在单相鼓励下,椭圆振荡也有或许构成。原型是根据提出的概念制作的。有限元剖析和试验成果均显示出杰出的功能,与理论剖析符合杰出。此外,研讨人员还对双模电机的运动轨道进行了全面的研讨,为双模电机的操控战略供给了根据。





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