复合型直线超声电机定子的有限元分析
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振子从图3c状态又回到图3a状态,进入下一个周期运动。由于电机工作在超声频率范围,驱动周期极短,因此,直线滑轨的运动可以认为是连续运动。如果改变激励信号相位差为-90°,时间经历由图3a→图3c→图3d→图3b,则运动反向,定子带动直线滑轨向反方向直线运动。同时,由于驱动是通过定子和动子之间的摩擦进行转换实现的,因此,当断电时,电机具有很好的自锁特性,从而保证了电机工作的可靠性。
对于复合型超声电机而言,驱动振子为短而粗的朗之万夹心结构,驱动振子由螺栓轴、紧定螺母、压电陶瓷、接线端子等不同特性材料组成,而压电陶瓷还存在极化后的各向异性问题,对该振子进行解析法求解难以用数学模型描述,目前广泛应用的有限元分析法是一种有效、可靠的数值方法,因此,本文采用有限元方法对纵弯复合型直线超声电机定子进行模态分析。
基于图1所示的电机结构,利用Ansys构建纵弯复合型直线超声电机定子的几何实体模型如图4a所示,建模中单元类型的选用需与单元材料特性匹配。以网格扫掠为主,对于网格扫掠不能网格化的部分则采用自由网格法来网格化实体模型,结果如图4b所示。
为简化问题,假设纵弯复合型直线超声电机定子在自由边界条件下,通过有限元求解器,采用区块Lanczos法进行模态分析求解,分别得到其纵向振型和弯曲振型如图5所示。

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