压电振动马达优化设计及实验研究

发布时间：2020-06-11 04:00

【摘要】：随着科学技术的飞速发展,人们对智能电子设备的使用体验要求也变的越来越高,仅靠声音来提供使用体验已无法满足人们的需求,人们将视线转向了触觉反馈技术,触觉反馈技术是基于振动马达技术来实现的。现有的振动马达技术虽然技术相对成熟,成本低廉,但有着许多缺陷,无法提供响应时间更短,响应频率范围更广的触觉体验。压电振动马达是一种新兴的触觉反馈技术,能创建更丰富细腻的触觉体验,它能提供单周期,快速启动的体验,能够控制振动的频率,幅度和相位,允许用户控制振动的感觉和强度,且具有低功耗、薄型、重量轻和无磁性的优点,已经成为专业生物医学和工业通信领域的理想选择。因此本文提出一种具有低功耗、强振动、共振频带宽、响应时间短的压电振动马达。对压电振动马达的分析研究内容如下:首先对现有振动马达的应用前景和现有技术进行了分析研究。在综合对比现有振动马达技术的优缺点之后,总结出了压电振动马达的技术优势和广泛的应用前景。介绍了压电材料的特性及应用优势,着重陈述了压电双晶片振子的结构特点、应用技术特点及输出响应特性,为后续的结构设计和理论分析打下基础。对压电振动马达的振动功耗进行了理论分析,紧接着对压电振动马达的动子进行了共振理论分析及结构设计,并利用商业软件ANSYS对动子进行了模态和谐响应分析,确定了合理的共振频率阶数并对振动系统的薄弱部位进行了强度加强,利用ANSYS ACT插件模块Piezo And MEMS进行压电耦合分析,得到了马达动子的频率位移响应曲线,为验证理论计算和结构优化提供了依据。建立了压电振动马达的振动数学模型,并设计出了一种压电振动马达结构。通过理论分析找到了影响振动效果的关键因数,利用AWE模块的优化设计功能对压电振动马达整体振动系统进行仿真,得到了整个振动系统的固有频率和振动加速度,通过参数化建模和优化设计得到了最佳的结构尺寸,并将整体振动加速度提高了30%。最后制作了试验样机并搭建了振动测试平台,通过实验得到了如下结论:压电振动马达系统在固有频率下工作时有最大的振动加速度和振动位移量;当系统阻尼越大时马达的制动时间越短,但系统功耗增大;当驱动电压波形为正弦波时,这时马达系统有较大的振动加速度且系统的噪音较小;本文设计的压电振动马达在100V正弦波电压驱动下可以得到0.68m/s~2的振动加速度,10ms以内的启动停止时间,具有较宽的共振频率带和较小的振动噪音。
【图文】：

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经无法适应时代的潮流，于是线性马达就应运而生了，这种新简单、体积轻薄、定位更精准、反应速度快、灵敏度高、随动马达已经广泛应用到智能手机上，但线性马达响应时间相对较身的固有频率，无法提供响应时间更短，响应频率范围更广的马达是一种新兴的触觉反馈技术[18]，能创建更丰富细腻的触觉周期，快速启动，静态偏转的体验，能够控制振动的频率，幅度用户控制振动的感觉和强度。压电致动器还具有低功耗，薄型的优点，已经为专业生物医学和工业通信领域的理想选择。RM 偏转马达，便携式电子产品主要采用的触觉反馈技术是转子马达技术[ERM），它是目前市面上最成熟的触觉反馈技术。ERM 结构

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触觉体验的需求。随着电子技术的快速发展，振动马达技术也在术是线性共振传动器（LRA），也称为线性马达。线性马达体积新兴应用上的需求，线性马达已经成为下一代主力产品进入手着线性马达被更广泛的终端设备采用，成本会进一步降低，节能马达将取代转子马达成为便携式电子产品的主流选择。是一款以线性运动形式振动的弹簧质量块结构，如图 1.2 所示。般在固定频率下工作，这种共振状态可以使马达系统的功耗降低达要低，但是工作状态会受限于这一固定频率。虽然线性马达缺性，但是可以对其进行振动强度和振动效果的调整，可以通过改幅、频率从而实现更复杂更多样的振动效果，这些是转子马达不，线性马达的响应时间也要胜过转子马达，这意味着单位时间更多的触觉反馈，可以模拟心跳，嗡嗡，吱吱等振动效果，，极大效果。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH703

【参考文献】