π型超音波モータの圧電解析

π型超音波モータの解析事例です。

π型超音波モータは、精密ステージなどで使用されている超音波モータの一種です。2つの圧電振動子を90°の位相差で駆動させ、馬が駆け足をするような駆動モードを励起することで、レールを送り出すことができます。

超音波モータの設計では、動作周波数で適切な駆動モードを励起させることが必要となります。本事例のように複数の圧電振動子を異なる位相で駆動する場合には、周波数応答解析を実施することで適切な駆動モードが励起されているかを確認することができます。

また、より実際に近い状況を解析したい場合には時刻歴応答解析を実施します。周波数応答では考慮ができない摩擦接触や大変形などの非線形性も考慮することができるため、レールが実際に送り出される速度や推力も確認することができます。

圧電解析ツール Piezo Pro を使用すれば、Workbench環境でも簡単に圧電解析が実施できます。

解析モデル

解析結果

周波数応答解析結果において、対象の周波数で馬が駆け足をするような駆動モードが励起されていることが確認できます。

周波数応答解析結果（全変形量）

時刻歴応答解析の全変形量結果において、駆動部がレールを送り出している様子が確認できます。

時刻歴応答解析結果（全変形量）

レールの変形量結果から、レールの送り速度や一定速度になるまでの時間が確認できます。

時刻歴応答解析結果
（レールの進行方向の変形量）