高性能压电叠堆及直线超声电机的研究

摘要

为了实现超声电机的低电压高效驱动、高温运行和微小型化,综合考虑了压电陶瓷配方及工艺、压电叠堆和超声电机三个方面,研制了V形直线超声电机.优选硬压电陶瓷配方,采用无压低温共烧工艺,研制出适合于超声电机的高性能压电叠堆.所研制压电叠堆的断面SEM形貌图表明,该压电陶瓷体系具有良好的与Ag电极多层共烧特性.电容频谱测试结果表明,每个压电叠堆表现出较好的一致性.所研制的0.5％ Co掺杂Pb0.98Bi0.02Zr0.51Ti0.48 Zn0.01O3压电陶瓷,950℃烧结5小时,压电性能参数如下:相对介电常数为1190,压电常数为270pC/N,机电耦合系数分别为0.54 (Kp)、0.46 (Kt),居里温度为346℃,介电损耗角正切为0.6％.在结构动力学分析的基础上,设计和试制了基于该种压电叠堆的V形直线超声电机原型样机.在激励电压为15V、频率为33000Hz、电流为1.7A的实验条件下,样机的无负载最大速度为30mm/s,最大推力为2.2N.