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正文內(nèi)容

超聲電機的發(fā)展與應(yīng)用(編輯修改稿)

2024-08-24 09:00 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 聲電機技術(shù)研究的學(xué)者和科研機構(gòu)就著手直線超聲電機的研究。其中,日本在這方面的研究一直走在世界前列,它掌握了世界上大多數(shù)超聲電機技術(shù)發(fā)明專利,已研制出多種型式的直線超聲電機【10】。美國、德國、法國、英國等都不甘落后,他們己經(jīng)或正在投入大批的人力、物力開發(fā)超聲電機,努力追趕日本。特別是美國,MIT、Pennysyvania州立大學(xué)著名的智能材料研究所也開始從事壓電材料和超聲電機的研究,還有NASA設(shè)在加州理工的JPL實驗室等。在德國,有University of Paderborm,Darmstadt University ofTechnology等都在研究超聲電機。在英國,University of Cambridge的工程系也在對超聲電機進(jìn)行研究和開發(fā),EMS公司已開始小批量生產(chǎn)。在法國,有Besancon University等大學(xué)正在開發(fā)和研究超聲電機。其他,如意大利、瑞士、新加坡、中國香港、中國臺灣等地的大學(xué)也都相繼研究和開發(fā)超聲電機【11】。最早的直線超聲電機是行波型直線超聲電機【12】。1982年日本學(xué)者指田年生提出了兩種行波型直線超聲電機,一種是直梁式,另一種是環(huán)梁式?! ≈绷菏接芍本€軌道與兩端分別用于激振和吸振的蘭杰文振子組成。利用軌道中產(chǎn)生單一行波來驅(qū)動移動體,其驅(qū)動機理與行波旋轉(zhuǎn)型USM相同,通過交換激勵振子和吸收振子的功能,可以方便地改變滑塊移動方向,但是由于發(fā)射端的發(fā)射振子要激勵整個傳動棒,只有很小的部分是用來驅(qū)動移動塊,所以其效率只有3%左右,單位力密度值極小。Mhermann、W.Schinkothe等于1998年制作了利用定子環(huán)面內(nèi)彎曲模態(tài)工作,用粘貼在環(huán)形梁下面直梁段處內(nèi)側(cè)的壓電陶瓷激勵出定子表面行波的環(huán)形行波直線超聲電機。國內(nèi)南航的胡偉等人在1996年成功研制了單梁式行波型直線超聲電機,并對其運動機理作了初步探討。清華大學(xué)的周鐵英等人也從自校正理論的角度對該電機進(jìn)行了研究,并取得了可喜的成績。但總的來看,該種結(jié)構(gòu)的電機輸出驅(qū)動力很小,效率非常低而且體積較大,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。由此可見,行波方式不太適合直線型超聲電機。因此,目前直線超聲電機研究和應(yīng)用多轉(zhuǎn)向駐波型直線超聲電機。駐波直線超聲電機可分為有單一模態(tài)、復(fù)合模態(tài)及模式轉(zhuǎn)換型等,其驅(qū)動原理是:在定子上加工出齒,齒頂端點的軌跡也為橢圓,依據(jù)定子齒相對駐波位置的不同而形成左斜向上或右斜向上的碰撞力,推動定子作單向直線運動。在19881989年間,日本富川義郎等人先后研制了單足式駐波型直線超聲電機和平板型直線超聲電機。上羽貞行研制出利用四組縱振壓電陶瓷片分別用于產(chǎn)生縱向和橫向振動的雙足式直線超聲電機。隨后,大西一正提出了π型直線超聲電機(見圖7),該種電機已被日本的SUNSYU公司成功應(yīng)用于XY定位儀上。2001年,日本東京技術(shù)學(xué)院的CheolHo Yun等人研制出了一種圓柱形縱彎復(fù)合型多端子直線超聲電機,該電機利用一階縱振和二階彎振在端子端部產(chǎn)生橢圓運動來驅(qū)動。與此同時,新加坡南洋理工大學(xué)的Lim等人研制了一種利用矩形板的B(5, 0)和B(6, 0)模態(tài)來驅(qū)動電機,實現(xiàn)滑塊的正向和反向運動,試驗測得其輸出特性類似直流電磁電機(見圖8)。韓國的Yongrae Roh, JaehwaKwon等人于2004年研制出一種由金屬矩形板和四片壓電片組成的復(fù)合定子型駐波直線電機,其上下表面各粘貼兩片壓電片且彼此間隔1/4波長,極化方向相反,依靠相位相差90176。的駐波來形成橢圓運動[13]。圖7 日本大西一正設(shè)計的π型直線超聲電機圖8 南洋理工大學(xué)研制的雙向駐波直線電機在國內(nèi),南京航空航天大學(xué)首次提出了一種新型二自由度的直線超聲電機,利用振子的一階縱向振動模態(tài)和二階彎曲振動模態(tài)工作。隨后又研制了多種
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