Laser-induced microtextured stators coupling with flexible rotors for low-voltage driving rotational piezoelectric motors

材料科学 压电 联轴节(管道) 电压 扭矩 绕固定轴旋转 压力(语言学) 超声波电动机 声学 机械工程 复合材料 工程类 电气工程 物理 哲学 热力学 语言学
作者
Yanhu Zhang,Xuefei Duan,Ji Zhou,Hao Fu,Xiankai Meng,Bao Liu,Jinghu Ji,Xijun Hua,Yonghong Fu,Dan Luo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:467: 143361-143361 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143361
摘要

Traveling-wave ultrasonic motors promise widespread applications in precision engineering, medical, and aerospace field due to their high-power density, but suffer from low efficiency and stress gradient. In this case, the synergy effect of surface-functionalized friction regulation and interface coupling interference of wear loss/debris could effectively eliminate these deficiencies. Herein, we report a low-voltage driving rotational piezoelectric motor (PM30) that proceeds through laser-induced microtextured stators coupling with flexible rotors, which enables working at a rotational speed of 158 rpm and torque of 73 N·mm, respectively, under the condition of low-voltage (80Vp) and low-preload (40 N). Such operation parameters are far beyond the current reported results. Furthermore, FEM simulation and SEM observation demonstrated that the low-voltage driving and high-performance output are resulting from the combination of surface microtextured stators for friction enhancement and flexible rotors for displacement amplification with contact expansion, which regulates tangential friction and reshares the stresses distribution during the dynamic contact along with the rotary motion of rotors. This work provides a promising strategy to construct friction-stress regulation and energy-transformation enhancement toward energy-saving and high-efficient friction drive for piezoelectric devices.
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