纵弯模态压电金属复合梁式超声电机

简介
J 言
超声电机是一种在近 30 年才开始受到重视并得到较快发展的特种电机，它利用压电材料的逆压电效应将电能转化为弹性体的机械振动能，使弹性体特定区域的表面质点发生具有致动效应的周期性规则轨迹运动，并进一步通过与另一物体（通常是动子）之间的摩擦耦合，实现宏观运动或机械力的输出。与传统电磁电机相比，超声电机具有低速大转矩（推力）、出力密度或功率密度高、运动形式设计灵活、结构紧凑、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无磁场干扰且不受电磁干扰以及可不使用轴承和润滑等特点。基于超声电机的这些突出优点，其在航空航天、光纤通信、科学仪器、机床等工业、半导体制造业、微机电系统、精密定位控制、军事以及民用等领域具有广泛的应用前景。
超声电机是一种采用弹性体固有振动模态工作的共振式驱动器，其相关研究是集压电学、振动力学、接触力学、摩擦学、材料学、机械设计和自动控制等多学科理论与技术综合应用的一项应用基础研究。随着新材料、新工艺和新构型的不断涌现以及其他相关学科的不断发展，超声电机的构型和输出特性必然会得到不断的提升，从而有助于不断扩大其应用范围。超声电机不但能够在许多传统场合替代电磁电机，优化使用条件，获得更佳的使用效果，而且能够适用于许多电磁电机无法适应或根本不可能工作的场合，展现其独特的优势。
作为国内最早研究超声电机的单位之一，哈尔滨工业大学陈维山教授所在课题组于1991年开始指导研究生展开了相关研究工作，于1995年研制出圆板型行波旋转超声电机，其后对此类电机进行了较为深入的振动理论分析和实验研究。近年来在国家自然科学基金、机器人技术与系统国家重点实验室等部门的大力支持下，为使超声电机的驱动能力满足许多应用场合的直接驱动能力和对环境适应性等要求，著者将研究重点定位于大力矩/推力超声电机领域，取得了一系列的研究成果∶近年来在国内外重要期刊和会议上发表学术论文 100余篇，其中近 20篇发表在国际高水平 SCI 源期刊上;申请国家发明专利46 项，其中已经取得授权29项;研制出了具有自主知识产权的新型超声电机样机30余种;2011年，"纵弯复合模态压电金属复合梁式超声电机"获黑龙江省技术发明二等奖;2009 年，题为"A Cylindrical Traveling Wave Ultrasonic Motor Using Longiudinal Vibration Transducens"的学术论文获 IMF-ISAF-2009国际会议（铁电领域国际顶级会议）最佳论文展示奖;2011年，题为"纵振换能器式圆筒型超声电机中换能器耦生弯振研究"的学术论文被评为第十届振动理论及应用学术会议优秀论文。本课题组在压电超声驱动领域共培养了博士12 名，硕士 20 余名。

 

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