双兰杰文振子V型直线超声波电动机的结构和原理变压器

双兰杰文振子V型直线超声波电动机的结构和原理

双兰杰文振子V型直线超声波电动机的结构和原理 2012年10月09日 来源： 提出了一款由双兰杰文振子组成的V型直线超声波电动机，该电机通过两个兰杰文振子的纵振和弯振，在定子驱动足上形成椭圆运动，从而驱动直线滑轨对外输出直线运动。该电机使用了阶梯型超声变幅杆，有效地放大了定子驱动足处的振幅。介绍了电机的结构和工作原理，然后介绍了使用有限元法优化定子的方法，最后对实验样机进行了输出特性测试。结果表明，该电机无负载的最大输出速度206 111111／s，电机的最大输出力为l0．5N。 超声波电动机拥有许多传统电机无法比拟的优势，比如重量轻、无电磁干扰、机械结构简单、无需齿轮减速器、噪声低、高自锁力和高的位置精度等，使得超声波电动机在许多工业领域得到了广泛的应用。 本文提出了一款由双兰杰文振子组成的V型超声波直线电动机，详细介绍了电机的工作原理并且使用有限元分析的方法优化了电机的定子。 1 V型电机定子的结构 由图l可知，电机的定子部分由摩擦材料、前盖板、压电陶瓷、螺母、支撑架和双头螺杆组成。 前盖板采用的是阶梯型变幅杆，目的是将压电陶瓷产生的振动能放大。这里使用密度小、能够承受很大张拉应力的铝合金2All：定子尾部的螺母使用的是不锈钢304，它的特点是密度大、强度高，声速较铝合金材料小，有利于振动波最大限度地向前辐射，从而提高电机的效率。同时尾部使用重金属，还能够有效地缩短定子的尺寸：定子中部是两对面对面放置的圆环形压电陶瓷片，尺寸是中20 mm X中1 0 mm，其中正极接在两个压电陶瓷片中间，电极片使用的是普通薄铜片。为了消除压电陶瓷片和薄铜片之间空气间隙，并且提高定子组装效率，我们使用环氧树脂胶将压电陶瓷片和铜片粘成了一体。摩擦材料使用的是碳素工具钢T8。支撑架的厚度是5mm，使用的材料是铝合金2All，它的作用是将两侧的兰杰文振子连接在一起，并且通过它将定子与外界固定起来。 2 电机的工作原理 使用ANS YS软件对定子进行固有模态计算。将支撑架的下表面作为位移约束。当给定子两侧接入相同频率、相同相位的高频电信号时，将激发出图2(b)所示的对称振动，此时定子驱动足法向运动：当定子两侧接入的电信号频率相同，相位相反时，将激发出图2(a)所示的非对称振动，此时定子驱动足切向运动。 如果给定子左右两侧接入两个同频、相位差为90°的高频电信号时，调整输入电流的频率，直到能够同时激发出对称和非对称两个振动模态。这样，两个振动叠加的结果是，定子的驱动足上出现椭圆运动。当切换左右两侧的电信号，驱动足的椭圆运动将反向。 在ANSYS中所需要的各种材料参数和有限元划分的单元类型

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