基于薄板面内振动超声电机的研究

【摘要】：超声电机是一种全新原理获得驱动力的电机,它利用压电陶瓷的压电效应使定子产生超声振动,通过定子和转子间的摩擦来驱动转子。与传统的电磁电机相比,它具有结构紧凑、低速大转矩、断电自锁、不受磁场影响以及响应快等优点,因而它适合应用于家用电器、机器人、精确定位装置、微型机械、航空航天器等方面,有广阔的应用前景。 本文主要分析了面内弯曲振动行波型旋转超声电机。本文利用了解析法对电机定子面内弯曲模态的特征进行了分析,得到了圆环形薄板固有频率的理论表达式。探讨了电机定子面内行波的实现途径,从理论上证明了面内行波时电机定子表面质点椭圆运动的存在。分析了面内行波超声电机的动力传递机理。对超声电机的核心元件—压电陶瓷,从压电效应、压电材料几个重要的物理特性参数和压电方程进行初步介绍。 通过对电机定、转子的受力分析,以及椭圆轨迹的分析确定了圆环定子的驱动摩擦面。对面内行波型超声电机(3,1)模态下的定子结构设计方面应注意的问题进行了分析处理。提出了电机材料选择的指导原则。分析了摩擦材料特性对电机性能的影响及摩擦材料性能参数的调整。 对超声电机提出了变频、调相相结合的速度调节方法。由于超声电机通常工作在谐振点附近,因此,以变频调速为主。当需要较大调节范围时,可切换到变形位差调节方式,满足调节范围要求。整个系统以8051为中央控制单元,辅以多种外围接口芯片,简单、方便的实现了速度调节功能。 与传统的电磁电机的成熟设计系统相比,超声电机发展时间很短,关于超声电机的设计有许多理论问题尚未解决,还没有建立起系统的设计理论及设计