驻波型直线超声波电动机分析与测试

蒋春容，张津杨，陆旦宏，张小莲

(南京工程学院，南京211167)

0 引 言

超声波电动机结构设计灵活，利用不同的压电陶瓷极化形式和弹性体的振动模态，可以构造出不同结构的超声波电动机［1－5］，直线超声波电动机是其中的一种。从结构上看，直线超声波电动机也有多种不同的类型。Wang Hong－xiang 等［6］提出了一种梁式结构的直线超声波电动机，该电机的上下两个直梁分别粘贴有两组压电陶瓷，通过施加一定频率的电压激励出定子的驻波运动，两个动子通过一定的预压力分别与两侧的定子齿接触。Huang Weiqing 等［7］提出了一种直线超声波电动机，电机的定子由两个纵向振动的作动器组成，两个作动器顶端通过一个半圆形结构连接在一起，驱动足放置在半圆结构的外侧，驱动与之接触的滑块作直线运动。直线超声波电动机作为超声波电动机的重要分支，除具有超声波电动机的低速大力矩、动态响应快、不受电磁场影响等优点外，还具有无需丝杆机构运动转换直接输出直线运动、结构简单等优点［8］，作为控制系统执行元件在微机电系统中应用前景广阔［9］。

本文研究一种驻波型直线超声波电动机，首先分析其结构和工作原理，进而用解析法建立电机金属弹性体的振动模型，分析其自由振动的模态和频率，并与有限元法分析结果进行比较，接着对样机进行了阻抗－频率特性测试以验证理论分析结果，最后设计了一种电接触测试法，对电机的驱动足与地面的接触状态进行了研究。……