v形直线超声电机定子优化设计

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1、机械设计与制造第12期242MachineryDesign&Manufacture2011年12月文章编号：1001—3997(2011)12—0242—02V形直线超声电机定子的优化设计术汪红兵李志荣许海孙春华陶亦亦(苏州市职业大学机电工程系，苏州215104)OptimumdesignofaV-shapelinearultrasonicmotorstatorWANGHong-bing，LIZhi-rong，XUHai，SUNChun—hua，TAOYi—yi(DepartmentofMechani

2、cal&ElectricalEngineering，SuzhouVocationalUniversity，Suzhou215104，China)【摘要】介绍了V形超声电机的结构和驱动原理。利用有限元理论建立了具有复杂形状的V形；超声电机定子的动力学模型，并对定子的动力学特性进行了求解。利用参数化语-if-APDL编程对电机定子进行相应的优化计算，优化了定子压电陶瓷的安装配置形式，提高了驱动端面质点的振幅。研究i表明，优化后的定子结构满足了预期的设计要求，并且提高了计算精度和设计效率。{关键词：超声电机

3、；定子；有限元法；优化设计；【Abstract】Itintroducedthestructureanddrivingprincipleof0V-shapedultrasonicmotor．The一；，niteelementtheoryWasusedtobuildthedynamicsmodelofthestatorwhichhadthecomplexityofitsgeo一；0metricshape．AoptimizationprogramofthestatorWasestablishedbasedo

4、ntheparameterizelanguage2APDLThemountingmodeofthestatorpiezoelectricceramicWasoptimizedandtheamplitudeofthedriv一{2ingpointonthestatorWasimproved．Asnresult，statorstructureafteroptimizationsatisfiedthedesignirequirementsandthecomputeprecisionandthedesigne

5、fficiencywereimproved．{Keywords：Ultrasonicmotor；Stator；Finiteelement；optimumdesign：中图分类号：THI6文献标识码：A1电机的结构及驱动原理机理和特点，定子模态应满足以下j项设计要求：(1)激发一阶纵向振型的压电陶瓷片置于该振型的节平面上。(2)定子驱动端v形电机的结构示意图，如图1所示。该电机由两个空间垂直分布的定子和一个转子组成。两个定子结构完全相同，空间位具有尽可能大的振幅。(3)具有合适的模态频率。置上相互垂直，

6、通过驱动头连接在一起，每个定子都采用兰杰文’345—67821112型振子结构，由预紧螺钉把上下振动块和两片压电陶瓷片以及电—LJ-极片连接在一起。当对两个定子上的压电陶瓷元件分别施加正T㈨＼＼＼7．弦、余弦交变电压时，电压频率与定子的一阶纵振共振频率接近，ddd将激励出定子的一阶纵向振动模态，从而在驱动头端面产生椭圆fff运动，通过定转子问的摩擦力来驱动转子转动。_定子左右两部分采用结构完全相同的兰杰文型振子，空间图2电机定子的结构形式和相应的结构参数位置上相互垂直，因此在此取其一进行研究即可。3电

7、机定子的优化设计3．1定子结构设计参数的确定定子的结构简图和尺寸参数，如图2所示。其中部分尺寸参数是确定的，如压电陶瓷片的外直径d，内径及厚度h，，其余可作为优化设计变量。取定子内圆母线方向上编号为1一l0的一组节点在方向上的位移值构成纵振的振型，来描述定子侄该平面内的纵向振动。初始结构尺寸，如表1所爪。图1V形电机的结构表电机定子初始结构尺寸在定子设计的初级阶段，往往根据设计经验来确定定子的笙塑叁塑!生生!生基本结构和初始结构参数。数值^nⅢ4283131524152定子模态的设计要求3_2定子的参

8、数化有限元模型为有效地提高电机的机电转换效率和改善电机的输出性v形电机是一个机电耦合的动力学系统，同时具有力场和电能，在结构形式上定子应具有合适的工作振形、频率，根据其运行场的耦合作用。有限元法将连续的定子结构离散成有限个单元，并来稿日期：201卜02—06★基金项目：同家自然基金(50875181)，“青蓝工程”资助第l2期汪红兵等：v形直线超声电机定子的优化设计243在每个单元中设定有限个节点。对于压电单元体，节点除了有位移建立参数化有限元模型并进行