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傳統(tǒng)的直線電磁電機在機床進給、機器人和汽車車窗的升降系統(tǒng)等應(yīng)用中，存在氣隙較大，傳動剛度小，使用稀土永磁體成本較高，電機在停止狀態(tài)時沒有保持位置的功能，體積大，產(chǎn)生的磁場對周圍環(huán)境有電磁干擾，且有電磁噪聲等缺點�？v彎復合型直線超聲電機反應(yīng)快速靈敏、推力大、行程大、高效，能夠避免上述傳統(tǒng)直線電磁電機的缺點，但目前國內(nèi)對該類電機研究甚少。在縱彎式駐波壓電微電機等方面開展了研究，并成功研制了一臺5mm的壓電微電機。譚軍安等利用波動方程推出了縱振動和彎振動的頻率方程，從而研制出了夾心式縱彎復合振動模式的超聲換能器。但由于這些電機的機理較復雜，研究的歷史還很短，許多問題還有待進一步研究。
本研究主要利用有限元分析方法對夾心式縱彎復合振動模式的超聲電機定子進行仿真數(shù)值計算與參數(shù)分析，討論和歸納了參數(shù)改變對電機定子諧振頻率和振型的影響以及實現(xiàn)縱向、彎曲振動模態(tài)簡并的一般規(guī)律，并通過樣機實驗?zāi)B(tài)分析，對有限元分析結(jié)果與實測結(jié)果進行了比較。
縱彎復合型直線超聲電機基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。該電機由定子和直線滑軌兩部分組成，其關(guān)鍵部件定子(驅(qū)動振子)是采用螺栓緊固夾心結(jié)構(gòu)的壓電復合振子�？v振壓電陶瓷為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，不分區(qū)沿軸向極化，彎振壓電陶瓷亦為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，分為兩個區(qū)沿軸向反向極化。經(jīng)過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，當驅(qū)動電源將一定相位差超聲頻率的交流激勵信號施予該復合振子內(nèi)部的縱振壓電陶瓷(縱振子)和彎振壓電陶瓷片(彎振子)時，在壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)作用下，定子將同時被激發(fā)出縱向和彎曲兩種振動，在復合振子的兩端部合成為橢圓運動并經(jīng)撥齒放大，當在定子與直線導軌之間施加一定的預緊力時，定子和直線滑軌之間的摩擦力就能帶動直線滑軌做直線運動。
電機定子對直線滑軌的驅(qū)動過程實際上是復合振子兩種振動模態(tài)簡并后所形成的復合振動模態(tài)周期性變化的過程。定子縱向振動達到振幅位置，彎曲振動恢復到平衡位置，此時，定子兩端凸齒表面質(zhì)點脫離滑軌，彎曲振速達到最大，縱向振速為零，定子縱向振動恢復到平衡位置，彎曲振動達到振幅位置，此時，定子右端凸齒接觸滑軌，表面質(zhì)點縱向振動，振速達到最大，指向拉伸方向，彎曲振速變?yōu)榱悖ㄗ釉俅慰v向振動達到振幅位置，彎曲恢復到平衡位置，此時，定子兩端凸齒表面質(zhì)點脫離滑軌，彎曲振速達到最大，縱向振速為零，定子再次縱向振動恢復到平衡位置，彎曲振動達到振幅位置，此時，定子左端凸齒接觸滑軌，表面質(zhì)點縱向振速達到最大，指向壓縮方向，彎曲振速變?yōu)榱恪?/span>
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