In this paper, stacked piezoelectric ceramics were used for obtaining a large vibration for a small ultrasonic motor which is useable for the both linear drive and rotational drive. We studied this motor through the finite element analysis method and the simulated driving characteristics were presented. As results, the displacement of the tip of the stator was increased when the layers of the ceramics were increased. Also, by inserting additional aluminum plates between the ceramics and the aluminum bar, the displacement were amplified. In this model, two voltages which have 90 degree phase difference were applied for the bi-directional movement.
An ultrasonic motor of high torque with a new configuration for application in automobiles is proposed. The newly designed stator is two sided vibrator consisting of a toothed metal disk with a piezoelectric ceramic ring bonded on both faces of the disk which generates a flexural traveling wave along the circumference of disk. In this configuration, the displacement on the surface of stator may not be confined. It also produces a large vibrating force and amplitude because the vibrator is sandwiched by two piezoelectric plates. It is possible to increase the torque by improving the vibration characteristics. To compute the vibration mode of the motor of diameter 48 mm, the finite element method was used. A 6th mode was chosen as the operation mode with a resonance frequency of about 64.4 kHz. According to this design and measured its performance, a prototype was fabricated. The performance measurement of the prototype motor showed that its stall torque was about 1.8 Nm and efficiency was 37 % at 60 % of the maximum torque.
This paper deals with the aeroelastic instability of vibrating multiple blade rows under aerodynamic coupling with each other. A model composed of three blade rows, e.g., rotor-stator-rotor, where blades of the two rotor cascades are simultaneously vibrating, is considered. The displacement of a blade vibrating under aerodynamic force is expanded in a modal series with the natural mode shape functions, and the modal amplitudes are treated as the generalized coordinates. The generalized mass matrix and the generalized stiffness matrix are formulated on the basis of the finite element concept. The generalized aerodynamic force on a vibrating blade consists of the component induced by the motion of the blade itself and those induced not only by vibrations of other blades of the same cascade but also vibrations of blades in another cascade. To evaluate the aerodynamic forces, the unsteady lifting surface theory for the model of three blade rows is applied. The so-called k method is applied to determine the critical flutter conditions. A numerical study has been conducted. The flutter boundaries are compared with those for a single blade row. It is shown that the effect of the aerodynamic blade row coupling substantially modifies the critical flutter conditions.
In this study, novel ultrasonic rotary motor of hexadecagon shape stator was proposed. Stator of the hexadecagon ultrasonic motor was composed of an elastic ring and ceramics. The elastic ring had sixteen sides and sixteen angular points. Eight ceramics were attached on the outer surface of the eight sides of the ring. When rotor of cylindrical shaft was inserted inside of the ring stator, central lines of the sixteen sides of the stator hold the shaft by the slight pressures(frictions). This slight pressure was a preload of the motor and it could be controlled by radius and thickness of the ring. When two sinusoidal voltages which have 90 degree phase difference were applied to each four ceramics, elliptical displacements of inner surface of the ring were obtained. These elliptical displacements of the inner surface rotated the shaft rotor through the frictions. The proposed hexadecagon ultrasonic motor was designed and analyzed by using the finite element method (FEM), depending on materials of the elastic ring. Based on the FEM results, one model of motor which showed maximum displacement at contact points was chosen and fabricated. And characteristics of the motor were compared with simulated results. When the motor was fabricated with these results, EL20ET0.5CT0.5CW2 model showed 115[rpm] speed about input voltage of 60[Vrms] at 65.6[kHz]. And the maximum torque of 6[gfcm] was obtained. From these results, the hexadecagon shaped ultrasonic motor can be used to actuator for optical device which needs detailed position control. Also it can be used to medical and portable device by reducing size and weight.
Contact-type Linear Encoder-like Capacitive Displacement Sensor (CLECDiS) is a novel displacement sensor which has wide measurable range with high resolution. The sensor, however, is very sensitive to relative rotational alignment between stator and mover of the sensor as well as its displacement. In addition to, there can be some disturbances in the relative rotational alignment, so some noises occur in the sensor's output signal by the disturbances. This negative effect of the high sensitivity may become larger as increasing sensitivity. Therefore, this negative effect of the high sensitivity has to be compensated and reduced to achieve nanometer resolution of the sensor. In this study, a new type capacitive linear encoder with a mechanical guide is presented to reduce the relative rotational alignment problem. The presented method is not only to reduce the alignment problem, but also to assemble the sensor to the stage conveniently. The method is based on a new type CLECDiS that has mechanical guide autonomously. In the presented sensor, when the device is fabricated by micro-machining, the guide-rail is also fabricated on the surface of the sensor. By the direct fabrication of the guide-rail with high precision micro-machining, errors of the guide-rail can be reduced significantly. In addition, a manual yaw alignment is not required to obtain large magnitude of the output signal after the assembly of the sensor and the stage. The sensor movement is going to follow the guide-rail automatically. The prototype sensor was fabricated using the presented method, and we verify the feasibility experimentally.
In the case of existing ultrasonic motors, they have characteristics such as outstanding response speed, speed and high efficiency. However, it's very hard to use practically them as small motors due to complicated structure and expensive cost. This paper proposed v-type ultrasonic linear motor. Stator of the motor is composed of thin elastic body and four ceramics attached to upper and bottom areas of the body. The ceramics have each direction of polarization. When two harmonic voltages which had $90^{\circ}$ phase difference were applied to the ceramics, the symmetric and anti-symmetric displacements were generated at the tip to make the elliptical motion. To find out a model that generates maximum displacement at contact tip, FEM program was used with change of leg-angle. In addition, optimal model was chosen by considering magnitude and shape of displacement according to change of frequency.
A miniaturized wind-mill type ultrasonic motor which has diameter in 12.7 mm and thickness in 2.0mm using PMN-PZT piezoelectric ceramics was fabricated. The wind-mill type ultrasonic motors has only three plate and of two wind-mill shape slotted metal endcaps a rotor whose end is hollowed out so that its periphery fits with the shape of the stator and a bearing to guide the rotor. A Finite Element Analysis was carried out to obtain the endcaps behavior under a radial displacement change of piezoelectric disk and to optimize the structure of the number of slots. Increasing the applied voltage the revolution speed of ultrasonic motors was increased. The maximum speed of 700 rpm and the maximum torque of 0.22 nN·m of the wind-mill type ultrasonic motors were obtained.
An ultrasonic motor is a motor which uses vibration -a type of elastic vibration- to obtain a driving force, which then drives the motor using friction. In this paper, mode conversion type - single resonance mode ultrasonic rotary motor that use langevin type ultrasonic vibrator was studied. This model was proposed for the first time by Japanese Kumada in 1985. In this study, finite element analysis (FEA) of a stator and bidirectional driving characteristic of a rotor was newly obtained. The amplitude and phase of displacement and elliptical trajectory of beam was confirmed by FEA The fabricated motor was operated to clockwise and counterclockwise in 40.8 [kHz] and 44.2 [kHz] respectively. But bidirectional driving characteristics did not coincide each other.
This paper deals with modal analysis and displacement of stator in SRM due to electromagnetic forces according to the rotor position. The analysis is performed by using 3 dimensional Finite Element Method(FEM). And, the prediction of resonance speed is achieved from the comparison with current harmonic according to duty ratio of voltage source and the natural frequencies.
Hybrid type LPM can be widely applied in the precise position controlled devic because precise linear motion can be directly obtained by the simple control circuit without backlash in the rotary-type stepping motor. Also, LPM can increase the Position resolution, which was limited by mechanical manufacturing limit and characteristic of magnetic material. using micro-step drive method to decrease the noise and vibration further. Especially, Double-side LPM may be replaced the solenoid as the valve driving device without difficulty and give full play to control the valve accurately. Hence, In this paper, magnetic circuit of double-side LPM was confirmed and static thrust force curve according to the relative displacement between stator and mover, was analyzed by the two dimensional finite element method. From this results, we can suppose the excitation current to be controlled optimally.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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