双足驱动压电直线电机研究

摘要

精密驱动技术是为满足集成电路制造、生物医学、光学精密工程、航空航天等高新技术领域的微、纳米级的驱动要求而发展起来的一门新兴技术,对于促进多领域技术进步和技术革新具有重大意义。非共振式压电直线电机作为一种新的精密驱动器件,为微、纳驱动提供了一种解决方案。
　　本文研究的双足驱动压电直线电机,采用叠层压电陶瓷作为作动元件,利用双足在低频下交替驱动的原理,使得电机在大行程下具备高精度、快响应、大推力的特点。主要研究内容如下:
　　概述了压电直线电机的研究现状,分析了共振式电机在驱动精度方面的限制因素,指出采用叠层压电陶瓷的非共振式电机的特点。
　　介绍了叠层压电陶瓷的基本特性,总结了它在使用中应注意的事项;对两种型号叠层压电陶瓷的输出特性进行了实验研究;利用正压电效应原理测量叠层压电陶瓷两端所施加压力与产生电压之间的关系,为电机设计提供相应参考。
　　设计了双足驱动压电直线电机的结构并制作了样机,在样机初步调试实验的基础上,对存在的问题进行了改进,提出了两种定子结构改进方案;通过实验表明两种改进方案电机可在低频段稳定运行,电机空载速度基本与驱动频率成线性关系,但电机输出推力较小;方案一电机最大空载速度为796μm/s,最大输出推力为4.8 N,方案二电机最大空载速度为2.5 mm/s,最大输出推力为6 N。
　　通过提高电机定子垂直于动子运动方向叠层压电陶瓷的位移输出,以产生更大的正压力,通过摩擦转化为电机输出推力。通过对大推力双足驱动压电直线电机的结构设计和样机试验研究,证实了该方案的可行性,电机最大输出推力可达13 N。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2压电直线电机的概述

1.3压电直线电机的研究现状

1.4本课题研究的意义、目标及主要内容

第二章 叠层压电陶瓷的特性及实验研究

2.1引言

2.2压电陶瓷的基本特性

2.3叠层压电陶瓷的结构和基本特性

2.4叠层压电陶瓷的实验研究

2.5本章小结

第三章 双足驱动压电直线电机的原理和结构设计

3.1引言

3.2压电直线电机的工作机理

3.3电机的结构设计

3.4电机的初步调试

3.5电机结构改进

3.6本章小结

第四章 双足驱动压电直线电机实验研究

4.1引言

4.2改进方案一电机实验研究

4.3改进方案二电机实验研究

4.4电机实验总结与分析

4.5本章小结

第五章 大推力双足驱动压电直线电机研究

5.1引言

5.2大推力双足驱动压电直线电机的实现

5.3大推力双足驱动压电直线电机的实验研究

5.4电机实验总结与分析

5.5本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1本文的主要贡献

6.2本文的创新点

6.3进一步研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文