双向驱动纵扭复合型超声马达理论研究

【摘要】：超声马达是一种利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动,将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换为转子或滑块宏观运动的新型驱动器,与传统的电磁马达相比,具有惯性小、响应快、低速扭矩大、功率密度大、控制特性好、不受磁场影响、运动准确等特点,在航空航天、机器人、医疗器械、精密仪器、汽车工业具有广泛的应用前景。 纵-扭复合型超声马达是20世纪90年代发展起来一种驻波型马达,由纵、扭两种类型的压电振子组成,在相同频率但存在相位差的两种电源激励下,纵向压电振子和扭转压电振子产生两个正交的驻波,并在定子表面形成椭圆运动轨迹,通过定子、转子间的摩擦耦合驱动转子作旋转运动。与行波型超声马达相比,纵-扭复合型超声马达具有更大的力矩输出和更高的控制精度,但这类马达的理论研究还不够完善。一方面,目前采用的马达振动分析模型基于一维理论,然而,纵-扭复合型超声马达的直径通常较大,马达工作时的径向变形不容忽视,现有的一维理论已不再适宜马达定子的纵振分析。另一方面,纵-扭复合型超声马达实现纵、扭振动同频共振是提高马达输出力矩与效率的关键和难点问题,目前对于纵-扭固有频率的简并尚缺乏深入的理论研究。 本文针对目前纵-扭复合型超声马达研究中存在的难点和问题,在S.Ueha纵-扭复合型马达原型的基础上,研制了一种新型双定子对称结构的复合型超声马达的技术原型,完成了以下研究工作: 1.设计了一种单转子-双定子对称结构的纵-扭复合型超声马达,与传统的纵-扭复合型超声马达比较,有效地增加了定、转子间的接触面积,有利于提高马达的输出力矩;双定子对称结构改变了马达