クロススケール縦切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

従来の圧電モーターが高速運動と高分解能位置決めの両立が困難であるという課題を突破するために、準静的および共振状態の二重モード動作を通じて、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クロススケール縦切モード圧電モーターを設計した。本モーターは、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)を複合し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生成する。有限要素解析によって主要パラメータを最適化した。準静的モードでは、第1段ヒンジ剛性を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)のモード周波数を縮退させた。実験結果は、準静的励振(周波数800 Hz、プリアロード0.38 N)でモーターの最小変位分解能が39 nm、最高速度が0.95 mm/sに達し、共振励振(周波数6,780 Hz、位相差30°)では最大無負荷速度が125.33 mm/s、最大負荷が0.45 Nであることを示した。本モーターは速度(125.33 mm/s)および分解能(39 nm)において従来の単一モードモーターを大幅に上回り、高速と高精度の両立困難という問題を解決し、クロススケール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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