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压电陶瓷瓷化切削模型在超声波起动机上面的相
2013-03-18 10:47 [打印本稿] [字号: [大 中 小]
压电陶瓷瓷化切削模型在超声波起动机上面的相关应用
常见的纵扭型超声波电动机大多工作在共振模态下。是清华大学研制的直径32mm的纵扭型超声波电动机的结构示意图。定子采用两组压电陶瓷环，一组纵振压电陶瓷环用来激发定子体的纵振模态，另一组扭振压电陶瓷环用来激发定子体的扭振模态。设计时将纵振和扭振模态的频率设计为相同，在两组压电陶瓷环上加相位差为90b的正弦激励电压时，就会激发出定子体的纵扭复合振动模态，在定子的驱动表面形成椭圆运动，驱动转子旋转。
如果在垂直于压电陶瓷的极化方向施加电场，其形变是切向的。通常情况下，压电陶瓷的切变压电常数d15比d33和d31约大23倍，如所示。切变机电耦合系数k15也比k33和k31大，采用压电陶瓷的切变逆压电效应已经研制成切变换能器、陶瓷滤波器、扭转换能器等器件。理论上，如果在超声波电动机中应用压电陶瓷的d15逆压电效应，会有助于扩大定子振幅，提高超声波电动机的性能。但到目前为止，利用压电陶瓷的d15逆压电效应的超声波电动机并未被广泛关注。虽然也出现了一些此类超声波电动机，但该类型超声波电动机的研究和应用水平还没有达到预测的水平。
发展和展望采用压电陶瓷d15逆压电效应的超声波电动机与采用d31和d33逆压电效应的超声波电动机相比，具有如下优点：（1）压电陶瓷的切变压电常数d15约比d33和d31大23倍，切变机电耦合系数k15也比k33和k31大，有利于充分利用压电陶瓷本身的极化和激励特点。例如扭纵驻波超声波电动机低速时能产生很大的扭矩。（2）对于采用压电陶瓷管、柱结构的弯曲摇头型超声波电动机，采用压电陶瓷的切变逆压电效应，压电陶瓷易于充分极化，电机的振动效率会大为提高。
大应变、低成本是压电驱动元件的发展方向，微型化是超声波电动机的一个重要发展方向，因此，发展切变型压电陶瓷元件并加大它的应用，在一定意义上切合了这些要求。
切变行波型超声波电动机压电陶瓷（PZT-8）d15的数值大约是d31的4倍，k15的数值大约是其k31的2倍，尽管d33的数值也很高，但是不容易用于激励出行波。对于微小型的行波型超声波电动机采用d15的激励方案具有结构简单、易于实现的特点。为董蜀湘等人设计的一种采用压电陶瓷的d15逆压电效应进行振动激励的行波型超声波电动机<3>.其利用定子的b01振动模态，通过在压电陶瓷上施加两路相位差为90b的激励信号，在定子上激励出行波。粘在定子上的齿对压电陶瓷的振幅进行了放大，通过摩擦驱动转子旋转，弹簧板固定在支承上，给定、转子间施加一个适当的预压力。这种切变行波型超声波电动机的出现，为微、小型超声波电动机的设计提供了一个崭新的思路。
