柱面行波超聲電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)研究.pdf

1、本文提出了柱面驅(qū)動行波超聲電機(jī)，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激勵出圓柱殼體沿圓周方向的非軸對稱振動模式，殼體沿軸向振動是同步的，這實質(zhì)上避免了定子上各驅(qū)動質(zhì)點與轉(zhuǎn)子間接觸的不均勻性，所以不會帶來定轉(zhuǎn)子接觸區(qū)域應(yīng)力集中現(xiàn)象以及由此帶來的加劇磨損、發(fā)熱嚴(yán)重和降低電機(jī)輸出性能等不良后果。本文給出了該電機(jī)定子上壓電陶瓷的極化、分布及驅(qū)動方式，設(shè)計了電機(jī)的固定及施加預(yù)緊方式。采用有限元分析軟件ANSYS9.0對壓電陶瓷和殼體構(gòu)成的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模

2、態(tài)及瞬態(tài)分析，確定電機(jī)定子各尺寸參數(shù)，基于振動理論推得了定子齒的橢圓運動軌跡。同時設(shè)計了微米級調(diào)節(jié)定轉(zhuǎn)子之間預(yù)緊力的預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)超聲電機(jī)微幅振動的需要。為保證定轉(zhuǎn)子之間的均勻接觸，采用薄壁環(huán)節(jié)固定電機(jī)定子的獨特結(jié)構(gòu)。
　　本文提出了新型的電學(xué)匹配網(wǎng)絡(luò)。該匹配網(wǎng)絡(luò)不但起濾波作用，還能降低電壓對工作頻率的靈敏度。目前對于超聲電機(jī)采用開關(guān)電源驅(qū)動，電源輸出的是正負(fù)對稱的方波電壓，為滿足驅(qū)動需要，必須濾去其中的高次諧波，得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦

3、電壓波形。因超聲電機(jī)在諧振頻率附近工作，驅(qū)動頻率的微小改變會導(dǎo)致電機(jī)阻抗的大幅變化，從而使加在超聲電機(jī)上的電壓大幅度變化，影響電機(jī)的性能。該匹配網(wǎng)絡(luò)揭示了匹配參數(shù)和電機(jī)參數(shù)之間的諧振關(guān)系，在本文選定的頻率工作區(qū)間內(nèi)，電壓的變化率被限制在8％以內(nèi)。此匹配方法具有很強(qiáng)的實用性，可為各種超聲電機(jī)及超聲換能器（并不局限于開關(guān)電源驅(qū)動）與電源之間的電學(xué)匹配提供理論指導(dǎo)。
　　本文基于數(shù)字DDS技術(shù)和移相控制技術(shù)成功研制了零電壓轉(zhuǎn)換全橋逆變超

4、聲電源。采用數(shù)字DDS技術(shù)和應(yīng)用FPGA芯片研制了具有調(diào)頻和調(diào)相位差功能的方波信號發(fā)生器。分析了傳統(tǒng)的PWM驅(qū)動方式會使開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)及由此帶來的危害。針對超聲電機(jī)驅(qū)動頻率高（頻率在19.8kHz至100kHz），驅(qū)動電壓大，且呈容性負(fù)載的特點。通過對超聲電機(jī)的驅(qū)動電路進(jìn)行改進(jìn)，使其具有感性負(fù)載的特點，以利于實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)。通過電路分析軟件ORCAD10.5和數(shù)值分析軟件MATLAB7.1對該電路進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。該電源