行波型超声波电动机PZT极化分区优化设计方法

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1、第15卷第4期电机与控制学报Vol.15No.42011年4月ELECTRICMACHINESANDCONTROLApr．2011行波型超声波电动机PZT极化分区优化设计方法122王光庆，沈润杰，郭吉丰(1．浙江工商大学信息与电子工程学院，浙江杭州310018;2．浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027)摘要:为提高行波型超声波电动机的机械输出性能，根据超声波电动机定转子接触面力传递模型提出了基于能量指标的超声波电动机优化设计方法，以能量指标参数作为电动机优化设计的评价依据。建立超声波电动机定子有限元模型，计算得到电动机不同工作模态下的能量指标，在此基础上重点探

2、讨了能量指标对压电陶瓷的极化分区模式优化设计的影响，提出改进的B04超声波电动机极化分区模式;研究结果表明PZT极化分区改进后的超声波电动机的速度和力矩分别为960r/min和9mN·m，电动机的性能指标(速度和力矩)较未改进前的提高了一倍。提出的PZT极化分区优化设计方法可以为超声波电动机的优化设计和输出性能的提高提供理论参考。关键词:超声波电动机;能量参数;优化设计;压电陶瓷;极化模式中图分类号:TM356文献标志码:A文章编号:1007－449X(2011)04－0067－07OptimaldesignofthePZTpolarizationpatternof

3、thetraveling-wavetypeultrasonicmotor122WANGGuang-qing，SHENRun-jie，GUOJi-feng(1．CollegeofInformationandElectronicsEngineering，ZhejiangGongshangUniversity，Hangzhou310018;2．CollegeofElectricalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027)Abstract:Inordertoimprovethemechanicaloutputperform

4、ancesofthetraveling-wavetypeultrasonicmotor(USM)，anoptimaldesignmethodbasedontheenergyindexesfortheUSMwasproposedaccord-ingtotheforcetransformmodeloftheultrasonicmotorcontactsurfacebetweenthestatorandtherotor．ThefiniteelementmodeloftheUSMstatorwasestablishedandtheenergyindexesunderseve

5、raldifferentoperatingmodalsoftheUSMwerecomputed．Basedontheenergyindexes，theeffectsonthevibrationmodalsandthepolarizationpatternofthepiezoelectricceramic(PZT)oftheUSMwerestudied，andamodifiedB04polarizationpatternofthePZTwasproposedtoimprovethemechanicaloutputperformancesoftheUSM．Researc

6、hresultsindicatethattheoutputspeedandtheoutputtorqueofthemodifiedUSMare960r/minand9mN·m，respectivelywhicharebothlargerthantheoutputspeedandtheoutputtorqueoftheUSMwithoutmodifyingthePZT．TheproposedoptimizationmethodforPZTpolarizationpat-terncontributestoimprovingthestructuredesignandthe

7、outputperformancesofUSMs．Keywords:ultrasonicmotors;energyindex;optimaldesign;piezoelectricceramic;polarizationpattern收稿日期:2010－11－13基金项目:浙江省自然科学基金(Y1080037);浙江省教育厅项目(20070636);浙江省高校优秀青年教师资助项目作者简介:王光庆(1975—)，男，博士，副教授，研究方向为压电超声波电动机、压电发电和振动控制等;沈润杰(1973—)，男，博士，副研究员，研究方向为压电超声波电动机、和振动控制等;郭