クロススケール駆動縦切りモード圧電モーターの設計と実験

ZENG Sizhe ,  

FENG Yaohui ,  

WANG Haoran ,  

WANG Ya ,  

LI Ruijun ,  

PAN Qiaosheng ,  

摘要

既存の圧電モーターが高速運動と高分解能の位置決めを両立しにくい制約を突破するために、クロススケール縦切りモード圧電モーターを設計した。準静的モードと共振モードの二重動作により、精密駆動分野における速度と精度の両方の要求を満たす。このモーターは、縦振動トランスデューサ(圧電セラミックのd33効果に基づく)とサンドイッチ型せん断トランスデューサ(圧電セラミックのd15効果に基づく)を組み合わせた固定子構造を採用し、同周波数の直交振動を合成して駆動足の楕円運動軌跡を実現する。有限要素解析により主要パラメーターを最適化し、準静的モードでは第1段ヒンジの剛性を16.66 N/µmに設計して変位出力効率を向上させ、共振モードでは構造パラメーターを調整して縦振動(7,829.6 Hz)と曲げ振動(7,860.7 Hz)のモード周波数の縮退を達成した。実験結果では、準静的励起(周波数800 Hz、予圧力0.38 N)においてモーターの最小変位分解能は39 nm、最大速度は0.95 mm/sに達し、共振励起(周波数6,780 Hz、位相差30°)では最大無負荷速度125.33 mm/s、最大負荷0.45 Nを示した。このモーターは速度(125.33 mm/s)と分解能(39 nm)の両面で従来の単一モードモーターを大きく上回り、高速と高精度の両立問題を解決し、クロススケールの精密位置決め駆動に有効な技術的解決策を提供する。

关键词

圧電モーター;縦切りモード;クロススケール駆動;圧電セラミック;準静的

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