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压电方柱超声电机的研制

刘涛  周铁英  路凯  陈宇  
【摘要】:本文在所研制的直径1mm压电圆柱式超声电机的基础上,又研制了0.8mm切角压电方柱超声微电机的新型结构。文中介绍了其极化方式及运行原理。通过对惯性矩和惯性积的计算和讨论,得出围绕中心轴的不同方向的弯曲振动频率和弯曲挠度都是一致的。由此得出该电机的旋转运动是稳定的。利用有限元软件计算得到了切角压电方柱超声电机的一阶弯曲模态频率,有效机电耦合系数和方柱端面质点z方向的振幅分布;由于目前的极化方式使得压电方柱断面的电场分布不均匀,因此文中考虑极化电压对压电常数的影响的条件下,优化计算得出振幅最大,阻抗最低的切角大小。对样机的频率响应测试结果表明,共振峰在129kHz左右,这与导纳仪测的共振频率基本吻合。当驱动电压65 V_(p-p)(23Vrms)时,样机的无载转速为2460 rpm,堵转力矩为3.5μNm。该切角压电方柱超声电机已用于OCT内窥镜系统中,并且对生物体-鸡食道-进行了离体成像。图像的纵向分辨率为25μm,横向分辨率为30μm。这表明该电机总体性能优于直径1mm的压电圆柱式超声电机,体现了更好的应用前景。

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