能量回饋型超聲波電機的理論分析與實驗研究.pdf

1、超聲波電機具有良好的機電耦合特性，其結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩/質(zhì)量比大，可以直接驅(qū)動機器人的關(guān)節(jié)部分，在航空航天、醫(yī)療設(shè)備、微型機器人及深海探測等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其在某些特殊的環(huán)境下，超聲波電機已經(jīng)取代電磁型電機。
　　由于超聲波電機是靠定、轉(zhuǎn)子接觸面的摩擦接觸進行驅(qū)動的，它在運行過程中能量有較多損耗，導(dǎo)致生熱現(xiàn)象嚴重，電機性能下降。為了提高電機的性能，減少損耗，達到節(jié)能的效果，本文提出了一種具有能量采集功能的新型超聲波電機——

2、能量回饋型超聲電機，該電機集驅(qū)動功能與振動能量采集回收功能于一體。本論文針對這種新型超聲波電機，研究其結(jié)構(gòu)原理和運行機理，建立電機的動力學(xué)機電耦合模型和振動能量采集數(shù)學(xué)模型以及等效電路模型等基礎(chǔ)問題，研究結(jié)果不僅對分析電機的輸出性能具有重要的理論與實踐指導(dǎo)意義，同時也是對現(xiàn)有超聲波電機研究的拓展。
　　本論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　（一）、介紹了超聲波電機(USM)的發(fā)展概況、工作原理及本課題研究所要涉及到的基礎(chǔ)理論知識（

3、如壓電理論、梁的彎曲振動理論等）。
　?。ǘ⑹紫?，介紹了能量回饋型USM的組成結(jié)構(gòu)及運行機理，建立了能量回饋型USM定子的集總參數(shù)機電耦合模型和動力學(xué)方程，利用有限元法與曲線擬合法確定了模型中關(guān)鍵參數(shù)，并利用MATLAB/Simulink對定子的振動位移等輸出特性進行了數(shù)值仿真和分析。其次，研究分析了能量回饋型超聲波電機定、轉(zhuǎn)子接觸機理，根據(jù)粘-彈性摩擦理論建立電機定、轉(zhuǎn)子接觸面的力傳遞模型。最后，綜合定子集總參數(shù)機電耦合模型

4、和定、轉(zhuǎn)子接觸面力傳遞模型建立了能量回饋型超聲波電機驅(qū)動模型。對于驅(qū)動模型的性能，利用MATLAB/Simulink進行仿真，主要包括預(yù)壓力、激勵電壓、激勵頻率等對電機輸出轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率等機械性能的影響。
　?。ㄈ?、利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)和梁的彎曲振動理論，建立了能量回饋型USM的振動能量采集回收的理論模型，并利用MATLAB/Simulink對模型性能進行了仿真分析，詳細分析了激振頻率，激振電壓等對采集輸出電壓、電