新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的設(shè)計與研究.pdf

1、超聲電機(jī)(Ultrasonic Motor，USM)是一種全新概念的微特電機(jī)。它打破了傳統(tǒng)電磁感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的概念，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)以及電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的摩擦耦合來將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動。超聲電機(jī)的發(fā)展歷史雖短，但顯示出了蓬勃的生命力，尤其在航空航天、醫(yī)療器械、精密儀器儀表以及新型武器裝備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　目前，行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)是投入應(yīng)用較為廣泛的一種超聲電機(jī)，其顯著特點是結(jié)構(gòu)緊湊、低速大扭矩、斷電

2、自鎖、無電磁干擾、位移分辨率高等，特別適用于?。ㄎⅲ┬突途軆x器的驅(qū)動和控制。本文提出了一種新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)，基于有限元分析方法，針對電機(jī)定子進(jìn)行了深入的研究。主要內(nèi)容和研究成果概括如下:
　　1、分析了壓電陶瓷元件通過誘發(fā)應(yīng)變來實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的工作原理，簡要地介紹了行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)，從而闡述了激發(fā)行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)定子行波的必要條件，分析了定子產(chǎn)生行波后其表面質(zhì)點橢圓運動軌跡的形成機(jī)理;
　　2、建立了

3、基于能量等效原則的超聲電機(jī)的動力學(xué)模型，為下文設(shè)計新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)提供一定的理論依據(jù)，并分析了超聲電機(jī)在一個周期內(nèi)所做的總功由定子的結(jié)構(gòu)損耗、摩擦接觸面的損耗和轉(zhuǎn)子的輸出功三部分構(gòu)成;
　　3、在上述基礎(chǔ)上設(shè)計了一種創(chuàng)新型施加預(yù)壓力的行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)，該裝置采用定子浮動，轉(zhuǎn)子固定，預(yù)壓力由定子向轉(zhuǎn)子施加的方式，此外定子采用輻射板結(jié)構(gòu)，在定子振動時，輻射板之間空氣加速流動，可以幫助消除定子與轉(zhuǎn)子摩擦驅(qū)動過程中產(chǎn)生的熱量，延長電

4、機(jī)的使用壽命;
　　4、搭建了基于激振器、功率放大器、掃頻信號發(fā)生器等組成的超聲電機(jī)模態(tài)實驗的測試平臺，得到了新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)定子結(jié)構(gòu)前三階的固有頻率，為下文驗證有限元分析的可靠性提供實驗數(shù)據(jù);
　　5、介紹了在新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)定子的設(shè)計過程中有限元分析軟件ANSYSWorkbench的應(yīng)用，通過設(shè)計不同的定子結(jié)構(gòu)和改變定子輻射板的槽寬、外徑以及厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，運用有限元對定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，比較不同的