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题名跨尺度驱动纵切模态压电电机设计与实验
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作者
曾思哲
冯耀辉
王浩然
王雅
李瑞君
潘巧生
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机构
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院
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出处
《光学精密工程》
北大核心
2026年第1期112-123,共12页
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基金
国家自然科学基金面上资助项目(No.52175533)
安徽省科技攻坚重点资助项目(No.202423i08050021)
+2 种基金
合肥市自然科学基金资助项目(No.HZR2439)
中央高校基本科研业务资助项目(No.JZ2025HGJG0273)
中央高校基本科研业务资助项目(No.PA202511SL0102)。
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文摘
为突破现有压电电机难以兼顾高速运动与高分辨率定位的局限,设计了一种跨尺度纵切模态压电电机,通过准静态和谐振态双模式工作满足精密驱动领域对速度与精度的双重需求。该电机采用纵振换能器(基于压电陶瓷d33效应)和夹心式剪切换能器(基于压电陶瓷d15效应)复合的定子结构,利用同频正交振动合成驱动足椭圆运动轨迹。通过有限元仿真优化关键参数:针对准静态模式,将第一级铰链刚度设计为16.66 N/µm,以提升位移输出效率;针对谐振态模式,调整结构参数实现纵振(7829.6 Hz)与弯振(7860.7 Hz)模态频率简并。实验结果表明:在准静态激励下(频率800Hz、预压力0.38 N),电机最小位移分辨率达39 nm,最大速度为0.95 mm/s;在谐振态激励下(频率6780 Hz、相位差30°),最大空载速度达125.33 mm/s,最高负载为0.45 N。该电机在速度(125.33 mm/s)和分辨率(39 nm)上均显著优于传统单一模式电机,解决了高速与高精度难以兼容的难题,为跨尺度精密定位驱动提供了有效技术方案。
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关键词
压电电机
纵切模态
跨尺度驱动
压电陶瓷
准静态
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Keywords
piezoelectric motor
longitudinal-shearing mode
cross-scale driving
piezoelectric ceramics
quasi-static
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分类号
TP359.9
[自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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