旋转超声电机表面行波摩擦驱动的有限元建模

有限元建模（FEM）是压电器件设计与分析中的关键工具，可提供指导各种应用的详细数值仿真。虽然 FEM 传统上用于本征频率分析和时间相关研究，以预测激振本征频率和估计行波振幅，但其潜力可扩展至更复杂的任务。高级 FEM 应用（如对摩擦驱动的动态运动和反作用力进行建模）对于准确模拟压电执行器在实际条件下的复杂行为至关重要。本文提出了一个综合电机模型，该模型包含了压电超声电机（USM）中定子与转子之间的耦合动力学。利用接触理论，该模型模拟了 USM 初始启动阶段及其向稳态运行过渡期间遇到的复杂条件。该模型在 COMSOL Multiphysics 中实现，对旋转压电执行器进行了深入分析，捕获了影响其性能的动态相互作用和反作用力。这种基于 FEM 的模型的引入在压电执行器的仿真和理解方面代表了重大进展。通过提供从启动到稳态的电机行为的更完整图景，本研究实现了对压电器件更准确的控制和优化，提高了其在实际应用中的效率和可靠性。