Design and Experiments of a Piezoelectric Motor Using Three Rotating Mode Actuators - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Design and Experiments of a Piezoelectric Motor Using Three Rotating Mode Actuators

Abstrakt

This paper represents a numerical and experimental investigation of the multicell piezoelectric motor. The proposed design consists of three individual cells that are integrated into the stator, double rotor, and a preload system combined into a symmetrical structure of the motor. Each of the cells is characterized by a traveling wave and rotating mode motor. A finite element numerical analysis is carried out to obtain optimal geometrical dimensions of the individual cell in terms of generated vibrations and resonant frequencies of the structure. The results of the numerical analysis are compared with analytical calculations based on the equivalent circuit theory. Experimental tests are also presented, including laser interferometry measurements of vibrations generated at the surface of the stator, impedance analysis, as well as measurements of mechanical characteristics of the complete motor. The final stage of the study concludes that the presented motor can provide relatively high torque compared with other traveling wave rotary motors.

Cytowania

  • 1 0

    CrossRef

  • 8

    Web of Science

  • 1 0

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 33 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
SENSORS nr 19, strony 1 - 19,
ISSN: 1424-8220
Język:
angielski
Rok wydania:
2019
Opis bibliograficzny:
Ryndzionek R., Sienkiewicz Ł., Michna M., Kutt F.: Design and Experiments of a Piezoelectric Motor Using Three Rotating Mode Actuators// SENSORS -Vol. 19,iss. 23 (2019), s.1-19
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/s19235184
Bibliografia: test
  1. Williams, A.L.W.; Brown, W.J. Piezoelectric Motor. U.S. Patent 2,439,499, 13 April 1948. otwiera się w nowej karcie
  2. Sashida, T.; Kenjo, T. An Introduction to Ultrasonic Motors; Monographs in Electrical and Electronic Engineering; Oxford University Press: Oxford, NY, USA, 1993.
  3. Uchino, K. Piezoelectric Actuator Renaissance. Energy Harvest. Syst. 2014, 1, 45-56. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  4. Ueha, S.; Tomikawa, Y.; Kurosawa, M.; Nakamura, N. Ultrasonic Motors: Theory and Applications; Oxford University Press: Oxford, NY, USA, 1994. otwiera się w nowej karcie
  5. Spanner, K.; Koc, B. Piezoelectric Motors, an Overview. Actuators 2016, 5, 6. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  6. Spanner, K. Survey of the Various Operating Principles of Ultrasonic Piezomotors. Presented at the 10th International Conference on New Actuators (ACTUATOR 2006), Bremen, Germany, 14-16 June 2006. otwiera się w nowej karcie
  7. Zhao, C. Ultrasonic Motors: Technologies and Applications; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2011. otwiera się w nowej karcie
  8. Katzir, S. The Beginnings of Piezoelectricity: A Study in Mundane Physics; Boston Studies in the Philosophy and History of Science; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 2006.
  9. Lang, S.B. Sourcebook of Pyroelectricity; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 1974.
  10. Heywang, W.; Lubitz, K.; Wersing, W. Piezoelectricity: Evolution and Future of a Technology; otwiera się w nowej karcie
  11. Springer Series in Materials Science; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2008. otwiera się w nowej karcie
  12. Furukawa, T. Piezoelectricity and Pyroelectricity in Polymers. IEEE Trans. Electr. Insul. 1989, 24, 375-394. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  13. Curie, J.; Curie, P. Contractions et Dilatations Produites Par Des Tensions Dans Les Cristaux Hémièdres à Faces Inclinées; otwiera się w nowej karcie
  14. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, France, 1881. otwiera się w nowej karcie
  15. Bishop, R.H. The Mechatronics Handbook-2 Volume Set; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2002.
  16. Duck, F. The Electrical Expansion of Quartz' by Jacques and Pierre Curie. Ultrasound 2009, 17, 197-203. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  17. Ballato, A. Piezoelectricity: Old Effect, New Thrusts. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 1995, 42, 916-926. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  18. Tichý, J.; Erhart, J.; Kittinger, E.; Přívratská, J. Fundamentals of Piezoelectric Sensorics: Mechanical, Dielectric, and Thermodynamical Properties of Piezoelectric Materials; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2010; pp. 1-207. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  19. Ballas, R.G. Piezoelectric Multilayer Beam Bending Actuators: Static and Dynamic Behavior and Aspects of Sensor Integration; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2007; p. 358. otwiera się w nowej karcie
  20. Sadl, M.; Bradesko, A.; Belavic, D.; Bencan, A.; Malic, B.; Rojac, T. Construction and functionality of a ceramic resonant pressure sensor for operation at elevated temperatures. Sensors 2018, 18, 1423. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  21. Hunstig, M. Piezoelectric Inertia Motors A Critical Review of History, Concepts, Design, Applications, and Perspectives. Actuators 2017, 6, 7. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  22. Nogarede, B.; Henaux, C.; Rouchon, J.F.; Duhayon, E. Electroactive materials: From piezomotors to electroactive morphing. In Proceedings of the IECON Proceedings (Industrial Electronics Conference), Paris, France, 6-10 November 2006; pp. 4437-4441. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  23. Liu, Y.; Deng, J.; Su, Q. Review on Multi-Degree-of-Freedom Piezoelectric Motion Stage. IEEE Access 2018, 6, 59986-60004. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  24. Yu, H.; Quan, Q.; Tian, X.; Li, H. Optimization and analysis of a u-shaped linear piezoelectric ultrasonic motor using longitudinal transducers. Sensors 2018, 18, 809. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  25. Li, X.; Kan, C.; Cheng, Y.; Chen, Z.; Ren, T. Performance evaluation of a bimodal standing-wave ultrasonic motor considering nonlinear electroelasticity: Modeling and experimental validation. Mech. Syst. Signal Process. 2019, 106475. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  26. Morawiec, M.; Strankowski, P.; Lewicki, A.; Guzinski, J.; Wilczynski, F. Feedback Control of Multiphase Induction Machines with Backstepping Technique. IEEE Trans. Ind. Electron. 2019. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  27. Henaux, C.; Nogarede, B.; Harribey, D. A new concept of modular permanent magnet and soft magnetic compound motor dedicated to widespread application. IEEE Trans. Magn. 2012, 48, 2035-2043. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  28. Morawiec, M. Z-Type Observer Backstepping for Induction Machines. IEEE Trans. Ind. Electron. 2015, 62, 2090-2102. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  29. Strankowski, P.; Guzinski, J.; Morawiec, M.; Lewicki, A.; Wilczynski, F. Sensorless disturbance detection for five phase induction motor with third harmonic injection. In Proceedings of the 2017 11th IEEE International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering, CPE-POWERENG 2017, Cadiz, Spain, 4-6 April 2017; Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.: Cadiz, Spain, 2017; pp. 387-391. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  30. Merry, R.J.; de Kleijn, N.C.; van de Molengraft, M.J.; Steinbuch, M. Using a walking piezo actuator to drive and control a high-precision stage. IEEE/ASME Trans. Mechatron. 2009, 14, 21-31. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  31. Ting, Y.; Tsai, Y.R.; Hou, B.K.; Lin, S.C.; Lu, C.C. Stator design of a new type of spherical piezoelectric motor. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 2010, 57, 2334-2342. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  32. Ryndzionek, R.; Michna, M.; Ronkowski, M.; Rouchon, J.F. Chosen Analysis Results of the Prototype Multicell Piezoelectric Motor. IEEE/ASME Trans. Mechatron. 2018, 23, 2178-2185. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  33. Fernandez, J.; Krummen, M.; Perriard, Y. Analytical and numerical modeling of an ultrasonic stepping motor using standing waves. In Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium, Montreal, QC, Canada, 23-27 August 2004; Volume 2, pp. 1173-1176. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  34. Budinger, M.; Rouchon, J.; Nogarede, B. Analytical Modeling for the Design of a Piezoelectric Rotating-Mode Motor. IEEE/ASME Trans. Mechatron. 2004, 9, 1-9. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  35. Meng, X.; Lin, S. Analysis of a cascaded piezoelectric ultrasonic transducer with three sets of piezoelectric ceramic stacks. Sensors 2019, 19, 580. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  36. Bai, D.; Quan, Q.; Tang, D.; Deng, Z. Design and Experiments of a Novel Rotary Piezoelectric Actuator Using Longitudinal-Torsional Convertors. IEEE Access 2019, 7, 22186-22195. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  37. SHINSEI Corporation Products. Available online: http://www.shinsei-motor.com/English/product/ (accessed on 26 November 2019). otwiera się w nowej karcie
  38. c 2019 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). otwiera się w nowej karcie
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 93 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi