一种中空短柱径向-扭转振动复合型超声波电动机-电工技术学报.PDF

2009 年 10 月 电 工 技 术 学 报 Vol.24 No. 10 第 24 卷第 10 期 TRAN SACTION S OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct . 2009 一种中空短柱径向-扭转振动复合型超声波电动 机 王剑 郭吉丰 （浙江大学电气工程学院 杭州 3 10027） 摘要 纵扭复合型超声波电动机比其他类型的超声波电动机更具 速大力矩的特点，可实 国家 自然科学基金 ）和国防基础研究资助 目。 现高精度直接驱动，可作伺服电动机使用，适合于多种场合，特别是航空航天等军事领域。由 收稿 日期 2008-06-05 改稿 日期 2008- 11- 13 于纵、扭振动在定子中的传播速度不一样，其纵、扭两相谐振频率的调谐一直是个难题。本文 提出了一种新型的径向-扭转复合型超声波电动机，利用了定子径向振动时因泊松效应产生的纵 向振动，其实质是径向振动和扭转振动的复合，是一种变形了的纵扭复合型超声波电动机。其 定子具有中空、短柱等特点，可方便实现一阶径向振动与一阶扭转振动谐振频率的调谐及其结 构等的优化。文中给出了中空短柱的电动机定子结构，建立了径向振动的理论分析模型，分析 了其调谐原理和 程，并结合AN SY S 有限元计算实现定子结构优化设计。最后根据上述理论 研制了60mm 的样机，实现的样机性能较好，其空载转速为25r/min ，堵转力矩为 5N ·m。这 种超声波电动机较以往电动机具有轴向尺寸小、重量轻和无噪声等优点。 关键词：超声波电动机 径向-扭转复合型振子 调谐 中空结构 短柱结构 中图分类号：TM356 A Radial-Torsional Vibration Hybrid Type Ultrasonic Motor With Hollow and Short Cylindrical Structure Wang J ian Guo J if eng （Zhej iang University Hangzhou 3 10027 China ） Abstract The longitudinal-torsional hybrid type ultrasonic motor offers bigger torque and lower revolution speed compared with other kinds of ultrasonic motors. It can drive devices directly and precisely, so it is adapted to many fields especially in the aeronautics and astronautics as a servo- actuator . Because spread speeds of longitudinal and torsional vibrations are different in the stator, it is difficult to match longitudinal and torsional resonant frequencies. A newly radial-torsional vibration hybrid type ultrasonic motor is put forward, with the hollow and short cylindrical structure. Utilizing longitudinal vibration derived from ra