新型直線超聲電機的研究及其在運動平臺中的應用.pdf

1、直線超聲電機具有直接輸出推力、無電磁干擾、定位精度高、結(jié)構(gòu)簡單、設計靈活等特點，這使得它在近些年得到了快速的發(fā)展，并在微小型精密驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)揮著日益顯著的作用。目前，在德國、日本、美國、以色列等國家，直線超聲電機正朝著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，且其產(chǎn)品逐步在某些高、精、尖技術領域得到了應用。我國的直線超聲電機研究工作剛剛開始，尚沒有國產(chǎn)直線超聲電機產(chǎn)品出現(xiàn)。國外該類低端產(chǎn)品已進入我國市場，但其價格昂貴，高端產(chǎn)品也限制對我國出口。為此，加大直線超聲

2、電機的研究和開發(fā)力度，加速直線超聲電機的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將會有力的促進我國高新技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　 本課題在國家自然科學基金重點項目“壓電精密致動技術的基礎研究”(No.50735002)和國家自然基金和廣東聯(lián)合基金項目“精密電子制造裝備關鍵理論與技術研究”(No.U0934004)的資助下，以研究和開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權的直線超聲電機為目標，開展了直線超聲電機的驅(qū)動機理、優(yōu)化設計、接觸動力學模型、性能仿真、電機實驗等方面的研究工作

3、，并把所研制的3種新型直線超聲電機在運動平臺中進行了應用嘗試，實現(xiàn)了大行程，高精度。本論文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 1、總結(jié)了直線超聲電機的特點，提出了新的分類方法。通過對國內(nèi)外直線超聲電機的研究歷程、應用現(xiàn)狀和應用前景的分析，指出了深入進行直線超聲電機研究的必要性。
　　 2、根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的研究成果，對壓電陶瓷的性能指標及其誘發(fā)應變機制、橢圓運動的形成機理、直線超聲電機對壓電陶瓷、定子及動子材料、摩擦材料的要

4、求等關鍵技術問題進行了系統(tǒng)的總結(jié)。
　　 3、提出了一種利用同形彎振模態(tài)的輪式直線超聲電機的設計理論，并系統(tǒng)地分析了該種電機的工作機理。通過所研制的3種輪式直線超聲電機，總結(jié)了該種電機定子的動態(tài)設計方法和電機總體結(jié)構(gòu)設計方法。
　　 4、提出了一種具有三角形位移放大機構(gòu)的面內(nèi)模態(tài)直線超聲電機。系統(tǒng)的分析和闡述了該型電機的工作原理，動力學特性和定子動力學優(yōu)化設計方法。三角形位移放大結(jié)構(gòu)的特別設計，使得該種電機結(jié)構(gòu)緊湊，易于

5、小型化。
　　 5、提出了利用響應面法對直線超聲電機定子進行優(yōu)化設計的方法，并應用于蝶形直線超聲電機定子的優(yōu)化設計。結(jié)果表明，優(yōu)化后的電機滿足了多方面的設計要求：兩相工作模態(tài)頻率差較小(<100Hz)：定子驅(qū)動足振幅較大(>2μm)：工作模態(tài)遠離干擾模態(tài)(>1kHz)；定子支撐點振幅較小(<1μm)。
　　 6、建立了基于庫侖摩擦模型的駐波型直線超聲電機接觸動力學模型，對電機定、動子之間的動力學行為進行了研究。通過仿真，