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）

1 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］。1982年，Sashida［1］率先提出基于兰杰文振子的直梁式直线超声电机，通过梁两端的兰杰文振子在直梁上产生行波，推动动子。1998年，Kurosawa［4］首次提出一种V形直线超声电机，利用双兰杰文振子连接形成的V形结构作为定子，通过同时激发定子的对称与反对称模态，在定子驱动足形成处椭圆运动轨迹，由定、动子之间的摩擦作用由驱动足推动动子，该电机最大空载速度达到3.5 m/s，最大输出力达到51 N（驱动电压的有效值为500 V）。2006年，Ibrahim［5］设计了一种基于杆结构的V形定子，将杆弯折成V形，在杆端部布置兰杰文振子，于V形杆尖端的驱动足获得了较大振幅。在国内，杨东［6］等人于2009年将矩形变幅杆应用于Kurosawa电机定子的振子上，相对于原来的突变截面杆，连续变截面杆具有更高的振动能量传输效率，该电机的最大推力为21.4 N，最大速度为235 mm/s（驱动电压为300 Vpp）。2017年，李晓牛［7］等人设计了一种贴片式V形压电直线电机，采用椭圆柔性铰链将两个双面贴着压电片的梁连接在一起形成V形结构，并利用定子纵振和弯振的耦合模态工作，其最大空载速度达到1.2 m/s（驱动电压为350 Vpp）。2019年，姚志远［8］等人提出了一种板形压电直线电机，定子由两厚度为8 mm的矩形板联结成V形结构，特别适用于狭窄空间的作业。上述研究工作中，V形超声电机已经衍生出多种不同的结构，获得了优良的机械性能。……