压电型直线电机的设计

论文摘要

基于压电陶瓷逆压电效应的直线电机具有定位精度高、断电自锁、高功率密度、无磁干扰等特点,在微、纳米级驱动技术应用方面有广阔的前景基于叠层式压电陶瓷在低频带范围内的变形幅值大、与驱动电压线性度好且基本不随驱动频率变化的特点,提出并研制了一种低频大行程直线型压电电机。与共振式压电电机相比,该电机在低频范围内输出速度与驱动频率的线性度好,可控性较好。主要的研究内容和成果概述如下:介绍了叠层式压电陶瓷的特性,并对叠层式压电陶瓷的动态特性进行了实验研究,并提出了测量该类陶瓷所受压力的方法,为电机的设计及其驱动器研究提供了依据。提出了一种新的低频双足式直线型压电电机的工作机理,并详细说明了其工作过程。提出了电机的设计方法,并利用有限元软件对电机的定子进行优化设计。在对第一台样机的实验基础上,对其进行了改进,研制了第二台样机。结合叠层式压电陶瓷的特点和电机的工作机理,提出了驱动器的设计要求。提出了基于开关的电路的驱动器设计方案,并制作了驱动器。对直线电机进行了实验研究,提出了电机的改进方案。电机在低频范围内输出速度与驱动频率的线性度好,达到了预期的设计目标。对直线电机的测试方法和测试系统进行了初步研究,初步开发了基于虚拟仪器的测试系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 压电型直线电机的研究现状
• 1.2.1 共振式直线电机（直线超声电机）的研究现状
• 1.2.2 非共振式直线电机的研究现状
• 1.2.3 共振式和非共振式直线电机的比较
• 1.3 课题研究的意义及内容
• 第二章 叠层式压电陶瓷的特性及实验研究
• 2.1 压电陶瓷基本特性
• 2.1.1 压电陶瓷的基本参数
• 2.2 叠层式压电陶瓷的基本特性
• 2.2.1 叠层式压电陶瓷使用注意
• 2.3 叠层式压电陶瓷的动态特性实验研究
• 2.3.1 振幅和电学的频响特性实验
• 2.4 叠层式压电陶瓷的电容与其预紧力关系实验
• 2.5 本章小结
• 第三章 电机原理和结构设计
• 3.1 电机的运行机理
• 3.1.1 采用双定子结构的原理分析
• 3.1.2 电机的运行过程分析
• 3.1.3 驱动足的轨迹分析
• 3.2 电机设计
• 3.2.1 定子结构设计
• 3.2.2 电机整体结构设计
• 3.3 电机的调试与分析
• 3.4 电机改进设计
• 3.4.1 电机结构改进和工作机理分析
• 3.4.2 定子结构设计
• 3.4.3 电机整体结构设计
• 3.4.4 电机的初步调试结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 电机的驱动电路设计
• 4.1 驱动器设计要求
• 4.2 驱动器方案
• 4.2.1 压电陶瓷驱动器概述
• 4.2.2 驱动电路方案设计
• 4.3 驱动电路的参数设计
• 4.4 驱动器调试
• 4.5 本章小结
• 第五章 电机的实验研究
• 5.1 电机驱动足端面振幅的频响特性实验
• 5.2 电机机械特性实验
• 5.3 接触面摩擦材料对电机性能影响实验
• 5.4 电机的不足和改进建议
• 5.5 压电型直线电机测试系统初步研究
• 5.5.1 零/部件频响特性实验
• 5.5.2 可用于瞬态实验和机械特性实验的测试系统初步研究
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文主要贡献
• 6.2 下一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究论文