大推力低矮式直线超声电机的研究
一种L形大推力板结构直线超声电机
一种L形大推力板结构直线超声电机张百亮;姚志远;刘振;李晓牛【摘要】为了在扁平作动空间内有效地提高超声电机的输出性能,研制了一种板结构直线超声电机.该电机包括由2个相互垂直的矩形板振子组成的L形定子和直线导轨,利用两振子弯曲振动所形成的对称和反对称模态,通过两相模态切换,实现电机的双向运动.首先,运用有限元方法分析了前端盖开槽对驱动足振幅的影响,通过开设一道圆弧槽增加驱动足处的振幅;其次,研究了振子的螺栓紧固方式对压电陶瓷中预应力的影响,针对矩形板振子结构扁平、横向尺寸大的特点,在振子横截面中部两侧各采用1根螺栓进行紧固,以提高预应力的大小和分布的均匀性;最后,制作样机并开展了实验研究.实验结果表明,电机最大空载速度为435 mm/s,最大推力达100 N,推重比为54.6.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2018(052)009【总页数】8页(P37-44)【关键词】直线超声电机;板结构;单模态驱动;结构设计【作者】张百亮;姚志远;刘振;李晓牛【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,210016,南京;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,210016,南京;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,210016,南京;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,210016,南京【正文语种】中文【中图分类】TM359.4;TB559直线超声电机是一种利用压电陶瓷逆压电效应和弹性体超声振动的新型作动器,通过给压电陶瓷施加交流激励电压,激发定子弹性体中特定的振动模态,从而在驱动足处形成椭圆或倾斜直线运动轨迹,进一步通过摩擦耦合推动动子作直线运动。
直线超声电机具有结构简单、响应快、断电自锁、功率密度大和定位精度高等优点,已被广泛用于航空航天、武器装备和精密仪器等领域[1-2]。
直线超声电机按照波动方式可分为行波型和驻波型。
最早的行波型直线超声电机是Sashida等于1982年提出的直梁式和环梁式,它利用两个兰杰文振子在梁中产生行波来驱动动子,由于工作时必须使梁的整体产生振动,因而这类电机功耗大,输出效率低[3]。
低压驱动Ⅴ形直线超声电机的设计
第29卷第1期2021年1月Vol.29No.1Jan.2021光学精密工程Optics and Precision Engineering低压驱动V形直线超声电机的设计黄卫清，杨成龙，沈兆琛，薛昊东，安大伟*（广州大学机械与电气工程学院，广东广州510006）摘要：针对传统V形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂，在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题，提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压V形直线超声电机。
在对V形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上，设计了基于叠层压电陶瓷的V形振子并进行了夹持装置的结构设计，进一步制作样机并开展了阻抗实验，测试了样机的外输出特性。
实验结果表明：电机的驱动频率位于36~38kHz，在37kHz，50Vpp的驱动电压激励下，其最大输出力为25.8N，最高空载速度为1.221m/s，可在低压驱动下输出大推力，直线超声电机的驱动性能得到了提高。
关键词：超声电机；直线电机；V形结构；低压驱动；振子设计中图分类号：TM359.4文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20212901.0091Design of V-shaped linear ultrasonic motor driven with low-voltage HUANG Wei-qing，YANG Cheng-long，SHEN Zhao-chen，XUE Hao-dong，AN Da-wei*（School of Mechanical and Electrical Engineering，Guangzhou University，Guangzhou510006，China）*Corresponding author，E-mail：andavy@Abstract：To solve the problem of the high driving voltage of traditional V-shaped linear ultrasonic mo⁃tors，which results in a complex driving circuit and the disadvantage of structure miniaturization when matching with transformer driving，a low voltage driving V-shaped linear ultrasonic motor based on lami⁃nated piezoelectric ceramics was proposed.Based on the analysis of the working principle of the V-shaped linear ultrasonic motor，a V-shaped oscillator with laminated piezoelectric ceramics and a clamping device were designed.Finally，a prototype of the motor was fabricated，and the impedance and performance were measured.The experimental results show that the operating frequency of the motor is between36and38 kHz while under a driving voltage of50Vpp and37kHz，the maximum output force of the motor reaches 25.8N，and the maximum no-load velocity reaches1.221m/s.Key words：ultrasonic motor；linear motor；V-shaped structure；low voltage drive；vibrator design1引言压电直线电机具有定位和速度控制精度高、结构设计灵活，易实现装置的小型化和轻量化等特点，广泛应用于精密驱动等相关领域［1-3］。
一种新型直线超声波电动机的设计
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车
文章编号 ：０４—７ １ （０ ７ Ｏ ０ ２ １０ ０ ８ ２ ０ ）１— ０１一ｏ ２
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｗ Ｔ ｐ ｎ ａ ｔ ａ ｏ ｉ ｏ ｏ ｓｇ ｆ ａ Ｎｅ ｙ ｅ Ｌｉ ｅ ｒ Ｕｌ ｓ ｎ ｃ Ｍ ｔ ｒ ｒ
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图 １ 直线驻波型超声波 电动机所用 的两种振型
设计 的振 子结构 简 图如 图 ２所 示 。振 子采 用层
叠式压 电陶瓷 ， 充分利用了压 电陶瓷 的 ｄ 效应 ， 相 比一般的超声波电动机振子所采用的 ｄ 效应 ， ， 压电 效应提高了三倍以上。当两个层叠式压电陶瓷分别 通以同频且相位相差 ９ 。 ０ 的正弦交流 电， 可有效激 发 出振 子 的 一 阶纵 振 和 二 阶弯 振 Ｊ 。振 子 的有 限
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｎ ｗ ｔｐ ｉ ｅ ｒｕｔａ ｏ ｉ ｍｏｏ ｔ ｌ ｌ ｙ ｒ ｐｅ ｏ ｌ ｃｒｃ ａ ｔ ａｏ ｓ ｗ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔｄ Ｔ ｅ ｍｏｏ ａ ｅ ｎ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｙ ｅｌｎ ａ ｌ ｓ ｎ ｃ ｒ ｔｒｗｉ ｍｕｔ ａ ｅ ｉｚ ｅ ｅ ｔ ｃｕ ｔｒ ａ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｈ ｔｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｉ
ｔ ｅ ｖｂ ａ ｉｎ ｉ ｌｎ ｆｔ ｅｒ ｃａ ｇ ｌｒｐ ａｅ Ｔ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ｓｏ ｅ ｓａｏ ｒ ｅ ｉｎ ｄ ｂ ｈ Ｓ ａ ｋ ｇ ． ｈ ｎ ａｎ ｗ ｈ ｉ ｒｔ ｎ ｐ ａ ｅ ｏ ｅ ｔｎ ｕ ａ ｌ ｔ ． ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｆｔ ｔｔｒａ ｅ ｄ ｓｇ ｅ ｙ ｔ ｅ ＡＮ ＹＳ ｐ ｃ ａ ｅ Ｔ ｅ ， ｅ ｏ ｈ ｈ ｓｒ ｃｕ ｅ ｍａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍｏｏ ｇｉ ｓａｌｔ ｎ ｅ ｓｌ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ Ｔ ｅｅ ｐ ｒ ｎａ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｉ ｋ ｎ ｆｍｏｏ ｔ ｉ ｅ ｔ ｔｒ ｋ ｎ ｔｒ ｎ ｔ ｌ ｉ ａ ｉ ｗａ ｅ ｅｏ ｅ ． ｈ ｘ ｅ ｉ ｕ ｈ ａｏ ｙ ｍｅ ｔｌ ｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔ ｈ ｓ ｉ ｄｏ ｔｒ ｔ ｎ ｄ ｒ ｓ ｔ ａａ
新型直线超声电机复合振子设计及其有限元分析
新型直线超声电机复合振子设计及其有限元分析*罗 平,张铁民(华南农业大学工程学院,广州510642)摘 要：直线超声电机是近年来超声电机研究与发展中的热点。
本文设计了一种新型面内弯曲复合模态直线超声电机复合振子，并对其进行有限元模态分析，结果表明只通过改变压电陶瓷厚度H和弹性体主体厚度H1不能找到使其扇形弯曲振动与双曲弯曲振动的固有频率趋近一致的结构尺寸。
在模态分析的过程中，需要不断变化复合振子的结构尺寸，设计了复合振子结构尺寸编辑器，节省了实体建模时间，提高了有限元分析效率。
关键词：直线超声电机；复合振子；振动模态；分析中图分类号：TM359.40 引 言直线超声电机是超声电机的一个重要分支,它是利用压电材料的逆压电效应,使弹性体振子在超声频域(20 kHz以上)产生微观机械振动,通过振子和定子(或移动体)之间的摩擦作用,将超声振子的微观振动转换成定子(或移动体)的宏观直线运动。
它与传统电磁式直线电机相比,具有以下特点]1[:(1)结构简单、紧凑、功率密度大(是传统电机的3～10倍)、机电转化效率高。
(2)定位精度高,响应快(响应时间为毫秒级)、灵敏度高,可断电自锁。
在闭环条件下速度和位置控制性好,分辨率高(达纳米级)。
(3)低速大推力,克服了传统电磁式直线电机力能指标低的弱点。
1 (4)形状可以多样化(圆的、方的、空心的、杆状的)；无振动噪声。
(5)不产生磁场,不受外界磁场干扰。
面内复合模态直线超声电机的基本结构如图1所示。
其基本原理是:利用矩形压电复合层板作驱动振子,在同一激励电场的作用下,经由压电陶瓷的逆压电效应,在矩形压电复合层板面内产生两种不同的弯曲振动模态(如图2(a),2(b)),这两种模态在其与导轨的接触点复合形成椭圆运动(如图2(c)),在预紧力作用下,产生摩擦力驱动振子做直线运动,完成能量转换。
1项目基金：国家自然科学基金资助项目（60273065）广东省自然科学基金资助项目（010316）作者简介：罗平，1983年12月生，男，汉，安徽省亳州市人，硕士在读，研究方向：计算机测试与控制。
超声电机的研究现状及其进展
１ 直线型超声电机的研究现状和动态
如ꎬ日本最早开发出真正达到具有商业应用价值的超声电
机ꎬ并成功引入到商业应用领域ꎬ广泛应用在相机镜头的
直线超声电机可以直接将定子的超声振动转换成动
基金项目:福建省中青年教师教育科研项目资助项目( ＪＡＴ２０１３４７)
适应月球表面环境要求ꎬ可精确地控制光谱仪等仪器ꎬ其
共振为核心驱动原理ꎬ利用压电陶瓷的逆压电效应将输入
换成转子(动子)做旋转(直线)运动ꎬ将定子的振动能转换
为转子(动子)的宏观能量输出ꎬ实现对负载驱动[１－２] ꎮ
与传统电磁电机相比ꎬ超声电机具有结构简单、小型轻
量、能量密度大、响应快( 毫 秒 级)、定 位 精 度 高 ( 高 分 辨
起到很重要的支撑ꎬ可满足－１２０ ℃ ~ １８０ ℃ 的工况要求和
作用很关键ꎮ
超声电机涉及到机械、材料、控制和摩擦学等多门学
科ꎬ是微特电机和微驱动技术领域的研究热点ꎮ 因此ꎬ国
内外学者开展了大量的研究工作ꎬ成功研制了多种不同驱
率)、无电磁干扰、断电自锁、可直接驱动等诸多优点ꎬ此外ꎬ
动机理、不同结构形式的超声电机ꎮ 本文针对直线型、旋
产物ꎬ涉及振动学、摩擦学、动态设计、电力电子、自动控制、
并广泛应用在精密定位平台系列产品ꎬ具有很高的分辨率
新材料和新工艺等学科的新技术ꎬ在 ２０ 世纪得到了迅速发
公司和德国 ＰＩ 公司都开发出商业用途的直线超声电机ꎬ
和优良的启停特性ꎬ可以实现高运动精度和稳定性ꎻ我国
展ꎮ 它不像传统的电机那样利用电磁的交叉力来获得其运
和美国都将超声电机应用到航天工程ꎬ美国首先将超声电
动和力矩ꎮ 超声电机是以压电材料的逆压电效应激发定子
一种旋转—直线运动的两自由度超声波电机的研究的开题报告
一种旋转—直线运动的两自由度超声波电机的研究的开题报告一、研究背景和意义目前，随着机器人、智能家居以及智能移动设备等领域的普及，超声波电机在自动化领域中逐渐成为了广泛应用的一种新型驱动技术。
与传统的电机相比，超声波电机具有转矩大、效率高、响应快、精度高等优势，并且具有低电磁干扰、体积小等特点。
在机器人、智能家居等自动化应用中，超声波电机的两自由度运动可以实现机构的多种复杂运动模式，使机器人的动作更加灵活且具有更高的准确性，因此超声波电机的研究和应用有着重要的意义。
二、研究目标本文的研究目标是设计一种具有旋转和直线运动两自由度的超声波电机，并探索其在自动化领域中的应用。
三、研究内容1. 超声波电机原理和分类学习，选定一种适合设计的超声波电机类型；2. 设计出一种具有旋转和直线运动两自由度的超声波电机，包括结构设计、动力学分析等；3. 制造并测试设计的超声波电机，并对其性能进行评估；4. 探索超声波电机在自动化领域中的应用，如机器人、智能家居等，并进行实验验证。
四、预期成果完成本研究后，预期可以得到以下成果：1. 设计出一种具有旋转和直线运动两自由度的超声波电机，并制造成功；2. 评估设计的超声波电机性能，并分析其优缺点；3. 探索超声波电机在自动化领域中的应用，并进行实验验证。
五、研究方法本文将采取以下研究方法：1. 理论学习，学习超声波电机原理、分类和应用等相关知识；2. 结合已有研究成果和实际需求，选定一种适合自动化领域的超声波电机类型，并进行结构设计、动力学分析、特性参数计算等工作；3. 制造出设计的超声波电机，并进行性能测试和评估；4. 探索超声波电机在自动化领域中的应用，并进行实验验证。
六、研究计划本研究计划总共耗时12个月，具体安排如下：第1-3个月：学习超声波电机相关知识，选定研究方向。
第4-6个月：进行超声波电机结构设计，包括动力学分析、特性参数计算等。
第7-9个月：制造设计的超声波电机，并进行性能测试和评估。
双足驱动直线超声电机的动态设计
双足驱动直线超声电机的动态设计谢耿栖;王宏祥【摘要】为了提高超声电机推力,提出了一种双足驱动直线超声电机,振子采用郎之万振子的形式,振子驱动足上具有驱动作用的椭圆轨迹通过2个3阶正交弯振模态复合形成.首先对振子进行结构设计;其次利用有限元法对振子进行动态设计并进而确定了振子尺寸;最后,利用确定的振子尺寸建立有限元模型进行模态分析,结果表明振子频率大小合适.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P11-13)【关键词】直线超声波电机;双足驱动;正交模态;有限元分析【作者】谢耿栖;王宏祥【作者单位】辽宁工业大学,辽宁锦州121001;辽宁工业大学,辽宁锦州121001【正文语种】中文【中图分类】TH16;TM359.4超声电机（USM）是一种利用压电材料的逆压电效应工作的新型微特电机。
较电磁电机有诸多优点：低速大推力、动子惯性小、无减速机构、可直接驱动、位置和速度控制性好、响应时间短、断电自锁、没有噪声等等［1］。
由于d33振动模式比d31具有更高的机电耦合、能量转换效率，因此为了提高电机的输出能力，振子采用夹心式是首选。
鉴于夹心式结构超声电机输出能力更强，国外科研者也将研究重点转移到这方面来，最近几年不断研究并取得了不错的研究成果［2-4］。
虽然超声电机具有大推力这个特点，但在对电机的输出能力有更高要求的场合，如机器人关节、航天、精密定位、半导体制造等领域需要研制结构紧凑、功率和推力更大的直线超声电机［5］。
为了使直线超声电机输出更大的推力，在原来单足驱动电机［6］的基础上提出了一种双足驱动的直线超声电机。
双足驱动较单足驱动多一个驱动足，在一个周期内，振子推力更大，对动子做功更多，效率更高。
两种驱动方式如图1所示。
双足驱动振子在梁3阶弯曲模态中间波峰（波谷）处放置激振陶瓷，两自由端放置驱动足。
本电机振子结构如图2所示，采用郎之万振子的结构形式。
双头法兰螺柱将变幅杆、弹性支承、配重块、弯振陶瓷、电极片等固定在一起。
直线超声电机的研究
直线超声电机的研究摘要：本文主要讲了直线超声电机的运动机理、分类，叙述了国内外直线超声电机的发展及研究现状。
总结了国内外直线超声电机的应用领域和前景。
关键词：直线超声电机；超声电机；直线电机0 引言超声电机是近20才发展起来的一种新型驱动装置。
它采用了与传统电磁型电机截然不同的全新原理和结构形式，不需要磁铁和线圈，利用压电材料的逆压电效应，激发某种特定形式的超声振动来将电能转换成机械能，从而获得运动和力(矩)的输出。
这种新型电机一般工作于20 kHz以上，故称为超声电机。
超声电机具有电磁电机所不具备的许多优点，如低速大扭矩、不需齿轮箱即可直接驱动负载、扭矩体积比大、结构紧凑、响应快、有静态保持力矩等，能满足宇宙飞船、人造卫星、导弹、机器人、精密仪器、医疗器械等高新技术产业对电机所提出的短、小、薄、低噪声、无电磁干扰等特殊要求。
直线超声电机是20世纪80年代初开发出来的一种新型电机，能直接产生直线运动和直接输出推力，具有控制性能好，可步进、伺服工作，容易同计算机接口相连，实现智能化和机电一体化，无需运动转换机构，可以直接驱动等优点，开发前景非常广阔。
随着超声电机应用领域的拓宽，直线超声电机越来越受到人们的重视，已成为国内外超声电机的研究热点。
1 直线超声电机研究现状1．1直线超声电机的驱动原理及分类直线超声电机主要由驱动振子和直线导轨(或滑块)两部分组成。
其中，驱动振子一般由压电元件和弹性体构成，其驱动原理是利用压电元件激励出弹性体的超声频域共振，并使驱动面上的质点产生椭圆运动，借助摩擦力推动驱动振子，或固定驱动振子而推动滑块前进。
电机弹性定子所驱动的移动体作直线运动，而非转子电机的旋转运动。
直线超声电机诞生至今，尚无统一的分类标准。
根据把超声振动变换为沿一定方向驱动力的方法不同，可分为行波型和驻波型两类，根据定子(动子)的工作型式不同，又可分为自行式和非自行式；根据电机的尺寸看，可从毫米级到厘米级。
微型直线超声电动机发展与研究现状
微 型 直 线超 声 电动 机 发 展 与研 究 现 状
陈 波 ，袁 义坤 ，赵增辉 ，王育平 ，赵 向 东
（ 山东科技大学 ，泰安 ２ １０ ） ７ ００
摘
要：概述 了直线型超声电机 的运动机理 和特 点，分类 总结 了国内外行波型、驻波型、复合
振子型、仿生步进型等四类典型直线型超声 电机 的发展及其研 究现状，指 出了直线型超声 电机
按运动轨迹分为直线 型和旋转型 ，按 驱动波形分 为行波 型 和 驻 波 型 。本 文 主 要 研 究 直 线 型 超 声
电机 。
得到人们 的重视 ，成为超声 马达发展 中的一个重
１ 特
点
要分支。同旋转类 超声马达 相 比，直线类超声 马 达具有 自身的发展优势。 直线型超声 马达特 别适合 于需 要精确定位 的
的移动 体作 直线 运动 。 在定 动子接触 面形 成 的椭 圆 轨迹 的法 向轴 与 切 向轴 的 比例直 接 影 响超声 马达 的输 出特 性 ，法 向轴
型电机 ，它是利用压 电材料 的逆压 电效应激发 超 声振动（ 频率一般在 ２ Ｈ 以上 ） ０ｋ ｚ ，借助 弹性体谐 振放大 ，通过摩擦 耦合驱 动，将 电能转化为机械 能输 出 的新 型 直 接 驱 动 马 达 Ｊ 。超 声 电机 的分 类
直线 超声 电机 主 要 由驱 动 振子 和 直 线 导轨 （ 或
滑块） 两部分组成 ，驱动振子一般 由压 电元件和弹 性体构成 。其 驱动原理是利用 压电元件激励 出弹
ｍｅ ｔｄｒ ｃｉ ｎ ｎ ｉｅ ｔｏ
Ｏ 引 言
超 声 电机 （Ｕｔ ｓｎｃＭｏ ｒ ｌａｏｉ ｔ ，简 称 Ｕ Ｍ） 称 ｒ ｏ Ｓ 又 超 声马 达 ，是 近 几 十 年来 迅 速 发 展 起 来 的 一 种 新
直线超声电机的研究与应用现状
Ｒｅ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｌｃ ｔｏ ｎ ｎｅ ｒ Ｕｌｒ ｓ ｎｉ ｏ ｏ ｃ ｎｔ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｎｓ ｏ Ｌｉ ａ ｔ ａ ｏ ｃ Ｍ ｔ ｒ
ＺＨＡＯ ｎ — ｕ ， Ｚｅ ｇ ｈ ｉ ＷＡＮＧ ｕ ｐ ｎ ， ＹＵＡＮ ｉｋ ｎ， ＣＨＥＮ Ｙ －ｉｇ Ｙ— ｕ Ｂｏ
维普资讯
电札 与柱 芾 应闭２０， ９ Ｊ ０８ ５（ ） ３
综 述 Ｅ Ｃ ＭＡ
直 线 超 声 电机 的 研 究 与 应 用 现 状 术
赵 增 辉 ， 王 育平 ， 袁 义坤 ， 陈 波 （ 东科 技 大 学 理 学院 ， 东 青 岛 ２ ６ １ ） 山 山 ６ ５ ０
出推 力 ， 有控 制 性能 好 ， 具 可步 进 、 服 ： ， 易 伺 作 容 同计 算机 接 口相连 ， 现智 能 化和 机 电一体 化 ， 实 无 需运 动转 换 机构 ， 以直接 驱 动等 优点 ， 发前 景 可 开
或 固定 驱 动振 子而 推动 滑块 前进 。 电机 弹性 定子
所驱 动 的移 动 体 作 直线 运 动 ， 非 转 子 电 机 的旋 而
转运 动 。 直线 超 声 电机 诞 生 至 今 ， 尚无 统 一 的分 类 标 准 。根据 把超 声 振动 变换 为 沿一 定方 向驱 动力 的
方 法 不 同 ， 分 为 行 波 型 和 驻 波 型 两 类 ， 据 可 根
摘 要： 概述 丫直线 超声 电机的运动机理 、 分类方法 及其不 同于传 统 电磁电机 的特 点 ， 述 了国 内外 直 叙
线 超 声 电 机 的 发 展 及 研 究 现 状 ， 结 了 国 内外 直 线 超 声 电 机 的应 用 领 域 和 前 景 。 总
关键 词 ： 线 超 声 电 机 ： 波 ； 态 直 驻 模 中 图 分 类 号 ： Ｍ３ ９４ 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：６３６４ （０ ８ ０ ４０ １ ５ Ｔ ５． Ａ １７ －５ ０ ２ ０ ）９ ）０ ４ ）
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其 结 构 如 图 １所 示 。
音低 ， 可用 于强 磁 和真 空 环 境 等优 点 ，成 为新 型微
第３ 卷第 ４ ２ 期
２ ８月 Ｏ１ ０年
压
电
与
声
光
Ｖ ｏ ． ２ Ｎｏ． １３ ４
Ａ ｕｇ ２ ０ ． ０１
ＰＩ Ｚ ） ＥＣ Ｅ （ＥＬ ＴＲＩ ＆ ＡＣ０ＵＳ ） ＴＩ ＣＳ Ｔ（０Ｐ ＣＳ
文 章 编 号 ：０ ４２ ７ ２ ｌ ） ４０ ２ —３ １ ０ — ４ ４（ ０ ０ ０ ～ ６ ２０
随着机 电产业 向高精度 化发 展 ， 电产 品正迅 机 速 向微 型化 和薄 型化 发 展 。在 信息 技 术 、 导体 制 半 造、 工业 检测 、 用尖端 装 备 、 军 生物 医疗 、 空航 天等 航
目前开发 的压 电直线 超声 电机横 向垂直 于直线 运 动输 出的方 向尺 寸 偏 大 ， 限制 了其 在空 间 形状 尺
关 键 词 ： 线 超 声 电机 ； 电 ； 型 直 压 微 中 图分 类 号 ： ３ ４ Ｔ ８ ＴＮ ８ ； Ｍ３ 文 献标 识码 ： Ｂ
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其 合 理性 和可 行 性 。该 电 机 体 积 小 ， 出 功率 较 大 ， 大 速 度 可 达 １０ｍｍ／ ， 出推 力 为 ３Ｎ， 满 足 一 般 的 驱 动 输 最 ５ ｓ输 能 和控 制要 求 ， 用 于要 求 结 构 紧 凑 、 本 相 对 较 低 的 应用 场 合 。 适 成
大 推 力 低 矮 式 直 线 超 声 电机 的研 究
吴 玲 俐 ， 朝 东 李
（ 海 大学 直 线 驱 动技 术 研 究 室 ， 海 ２ ０ ７ ） 上 上 ０ ０ ２
摘
要 ： 出 了一 种 定 子 高 度 尺 寸 不 足 ２ ｍ 的直 线 型 微 型 压 电 超 声 电 机 ， 通 过 原 理 样 机 的 实 验 研 究 证 实 提 ０ｃ 并
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｎ ｆｍ ｉｒ — ｉｅ ｒ ｐｅ ｏ ｌｃ ｒｃ ｕ ｔａ ｏ ｃ ｍ ｏ ｏｒｉ ｏｐ ｅ ｋｉｄ ｏ ｃ ｏ ｌｎ ａ ｉｚ ｅｅ ｔ ｉ ｌｒ ｓ ｎｉ ｔ ｓ ｐｒ ｏｓ ｄ． Ｔｈｅ ｈ ｉ ｉ ｅ ｉｎ ｏｆｔ ｅ ｓ ａ ｏ ｅｇｈｔｄ ｍ ｎｓｏ ｈ ｔ ｔ ｒ ｉ ｏ ｅ ｈａ ｅ ｉ ｅ ｅ ｓ Ｔｈｅ ｒ ｔｏ ｌｔ ｎｄ ｅ ｓｂ ｌｔ ｉｅ ｒ ｕｌｒ ｓ ｃ ｍ ｏ ｅ ｓ ｂｅ ｎ ｃ ｎｆｒ ｅ ｈ ｏ ｇｈ ｓ ｌｗ ｒｔ ｎ ２Ｏ ｃ ｎｔｍ ｔ ｒ ． ａ ｉ ｎａｉｙ ａ ｆ ａ ｉ ｉｉｙ ｏｆｌｎ ａ ｔａ ｏｎｉ ｔ ｔ ｈａ ｅ ｏ ｉｍ ｄ ｔ ｒ ｕ ｔ ｅ ｐｒｎｃｐｌ ｏ ｏｔ ｐｅ Ｓ ｅ ｐｅ ｉ ｅ ａ ｔ ｙ Ｔｈｅ ｍｏｔ ｒ ｗｉｈ ａ ｓ ａ ｌｖ ｕｍ ｅａ ｇ ｏ ｐｕ ｏｗ ｅ ，ｈａ ｈ ａ — ｈ ｉ ｉ ｅ ｐｒ ｔ ｙ ’ ｘ ｒｍ ｎｔ ｌｓ ｕｄ ． ｏ ｔ ｍ ｌ ｏｌ ｎｄ ｂｉ ｕｔ ｔｐ ｒ ｓ ｔ ｅ ｍ ｘｉ
寸 要求苛 刻 的领域 中的应用 。
许 多领域 ， 统 的旋 转 电机 、 减 速 机 的直 线 运 动 传 加
驱 动方式 已难 以满足要 求 ， 切需要 能直 接驱动 的 、 迫
１ 电机 的结 构 、 理 和 有 限 元分 析 原
１１ 基本 结构［ ． ４
结构 紧凑 的微型 直线 电机 。压 电直线 超声 电机有 直 接驱 动 ， 功率 体积 比大 ， 制性好 ， 电后 能 自锁 ， 控 断 噪
该 电机 是一 种对 称 轴线 较 短 、 三角 形低 矮 式结 构 的微 型直线 超声 电机 。现有压 电直 线 电机 的定子 基 本采 用实 心结构 。实心结 构 可增大 电机 的输 出推 力， 但加工 要求 高 ， 电机质量 大 。本 文提 出的压 电直 线 电机 ， 电机定 子采用 空心 结构来代 替 实心结构 ， 可 用金 属板 材 一 次 冲裁 成 型 或用 金 属 窄 条 板 弯 曲成 型， 制作 工 艺 简单 ， 量 小 ， 而 降 低 了 生 产成 本 。 质 从
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