纵弯式压电微电机研究

核心提示：　　纵弯式压电微电机研究邵培革王立鼎为万爪出的纵弯式压电微电机并进行了实验研尤关键词纵弯式；压电微电机；驱动机理；设计规则微电机是自主运动的微系统核心元件，是微机械研究的重要内容之。目前，微电机研究方

　　纵弯式压电微电机研究邵培革王立鼎为万爪出的纵弯式压电微电机并进行了实验研尤关键词纵弯式；压电微电机；驱动机理；设计规则微电机是自主运动的微系统核心元件，是微机械研究的重要内容之。目前，微电机研究方血是优化现有微电机的结构。以提，输出特性。另方面是探索新结构的微电机微屯机的研允已有10佘年的历史，取得了较大的进展按驱动形式划分，微电机主要有电磁微电机静电微电机和压电微电机3种形式其中，压电微电机采用摩擦力为驱动力，尺寸效应的负面影响较小，可能成为前途的机械动力源压电微电机的研宄起始于美国，1992年，45研制出转卞直径为1.5出1的薄膜式吒屯微电机模刑，随后，日木也在吒电微电机方面开展了些工作但压电微电机的设计和制作要求十分苛刻。迄今仍处尸试验研允阶段咋内在20肚纪90年代初汗始进亍压屯微屯机的研允工作，1993年中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功转子竹径为3的行波压电微电机模型12，随后，中国科学院上海冶金研究所研制成功薄型压电微电机！

　　1993年以来，长存光机所又在行波压屯微屯机驱动机理和纵弯式驻波压电微电机等方面开展了研宄工作虽然，压电微电机的研宄取得了定的进展，基金项目国家863高技术研宄发展计划资助项目863 5129608；国家自然科学基金资助项目59875009；辽宁省博士启动基金资助项目971050但是由于这种电机的机理较复杂，研究的历史还很短进有许多问有待进步研充笔者对种结构简单，易于微型化的压电微电机纵弯式驻；皮压电微屯机的驱动机即。进了分析。以此为基础，设计制作了台51的压电微电机，并对其进行了实验研，1纵弯式压电微电机的驱动机理交变电场的作用下，发生纵向振动，驱动电机的导户和驱动臂沿电机轴向振动，驱动臂端与转子间发生相互作用，转子对振动臂端产生周期作用力，使驱动臂发生沿其自身轴向的纵向振动和垂直于其轴向的横向弯曲振动。在定条件下，这2个分振动可在驱动臂的自由端形成沿椭圆轨迹的运动，并通过摩擦力驱动转子转动。

　　驱动臂与转子的相互作用在整个振动体系中，由于转子的质量较大，压紧弹黄的刚度较小，转子沿轴向的固有频率远低尹压电陶瓷的振动频率，因而，转子的振动幅度较小。驱动臂端与转子的相互作用力可以近似看作周期脉冲力，2可用周期函数为5汪利，王石刚，部慧君等。机械运动系统概念设计中机构行为知识的。机械设计与研宄，1998增刊七10编辑周佑启200030机械工程学院讲师工学博士。发论文10余篇。郭为忠，男，1970年生。上海交通大学机械工程学院讲师，工学博士邹慧君，男，1934年生1上海交通大学机械工程学院教授，博士研究生导师。方新国，男，1965年生。上海交通大学机械工程学院博纵弯式压电微电机研宄邵培革王立鼎原理数展开为富氏级数，得2即，驱动臂与转子间的作用力可以看成是系列按1弦规律变化的协波作用力的合力。其频率为脉冲力频率的整数倍。但频率较高的协波振动幅度较小。

　　1.2驱动臂的迫振动驱动臂可近似看作悬臂梁，梁的自由端在交变作用力尤作用下，发生强迫振动，位移振动的基本方程为对于悬臂梁，横向弯曲和纵向振动，都有确定1.3驱动臂的横向弯曲振动由梁的振动理论。驱动臂的横向弯曲振动的振型为固有频率为入入2 4时适用度，近似地考虑，驱动臂的自由端受到的外力中，仅频率与臂的固有低阶设为幻频率相近的成分+.起作用，则由式4.1求得，1.4驱动臂的纵向振动驱动臂的纵向振动的主振型为固有频率为可求得2纵弯式压电微电机设计对于纵弯式压电微电机。为实现转速输出。必须在驱动臂端产生较大幅度的椭圆运动因此，要求叹丁的，波中的某低阶频率与驱动忾的横向和纵向振动的低阶固有频率相近，以在驱动臂端形成较大的振幅而。横向和纵向振动之间应存在定的相位差。以丈现合成椭圆运动由前节的分析可知，第7阶纵向振动频率为，2第灸阶弯曲振动频率为将驱动臂的截面近似看作矩形，则I=可以求料则为使驱动臂的某低阶横向与纵向固有振动频率相近，设计时可使接近，则，1与2相近。这时，可以通过调节，2的振动频率2使其振幅为了实现驱动臂端的椭圆振动，还必须使横向与纵向振动有定的相位差，艮，1=12由前V分析知因此必须使与存在定的小的，值。

　　这时，当讲乙趋近时，1趋近于±90，而12趋近于，所以。纵弯式压电电机作曲臂的设计规则应为。弯曲忾的某低阶纵向频率例如；1人皮低阶弯曲频率例如2相近，但不相等这样，当周期外力的频率成协波频率趋近于时趋近于90，趋近于，驱动忾端将按顺，针成逆时针方向运动，驱动转子正向或反向转动。

　　3压电微电机的实验研究根据对纵巧式1电微电机的分析。设计制作了台直仑为5晷的纵弯式压电微电机，电机在约18 1；2的交流信号作用下，正向转动，在约l7kllz的交流信号作F.逆向转动利用光lU转速仪，测量了转子的转速与压电电机驱动电压圆运动，而在相近的另频率下，发生逆向椭圆运动，驱动转子作正向或反向转动。电机的转速随驱动电压的增加而增力这说明，随着驱动电压的增大，驱动臂端的椭圆运动的幅值增大，其与转子接触时的运动速度也增大，转子运动速度增大。

　　trom，hanialSystems1992，144512崔天宏，吕琼莹，王立鼎等。超声微电机传动机理研编辑马尧发6024机械系讲师博士后研究人员。从事微机电系统研宄发论文10余篇。王立鼎，男，1935年生。大连理工大学机械系微机电研究中心主任教授中国科学院院士。