一種圓柱桿式超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研究.pdf

1、超聲波電機(jī)(Ultrasonic Motor，簡(jiǎn)稱USM)是上世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型電動(dòng)機(jī)，相比傳統(tǒng)的電磁電機(jī)具有本質(zhì)的區(qū)別。電磁電機(jī)主要通過(guò)磁極和繞組依靠電磁能量的轉(zhuǎn)換將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而超聲電機(jī)則利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。超聲電機(jī)的研究主要起步于上世紀(jì)八十年代，經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展到目前為止已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。由于其獨(dú)特的工作原理和特點(diǎn)，使其擁有普通電磁電機(jī)所不具備的優(yōu)良的特性。在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家它已

2、經(jīng)被廣泛應(yīng)用于微型機(jī)械、機(jī)器人、精密儀器、照相機(jī)等場(chǎng)合并有著更為廣泛的應(yīng)用發(fā)展空間。到目前為止，超聲電機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為種類繁多的一種新型電機(jī)，現(xiàn)在對(duì)其還沒(méi)有統(tǒng)一、系統(tǒng)的分類。從不同的角度可以將超聲電機(jī)進(jìn)行不同的分類。
　　超聲波電動(dòng)機(jī)依據(jù)形成橢圓運(yùn)動(dòng)的方式，被分成駐波型和行波型。相比于行波型超聲電機(jī)駐波超聲電機(jī)的最大缺點(diǎn)是磨損較為嚴(yán)重，使用壽命短。由于行波型超聲電機(jī)能夠極大程度的改善以上缺點(diǎn)使得行波型超聲電機(jī)在世界各國(guó)得到了更為迅猛

3、的發(fā)展。考慮到超聲電機(jī)小型化和大力矩的兩個(gè)主要發(fā)展方向并且在參考大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)以及取得的成果的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)目前的超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還不盡理想，進(jìn)而影響超聲電機(jī)的使用性能。為此，本文以圓柱桿式雙轉(zhuǎn)子行波超聲波電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，主要對(duì)其驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行研究以便使超聲電機(jī)能夠最大程度的發(fā)揮其獨(dú)特的性能。
　　本文開(kāi)展的研究工作和取得的成果如下：
　　(1)首先對(duì)超聲波電機(jī)的研究背景和意義做簡(jiǎn)單的回顧。其次主要對(duì)其分類、特點(diǎn)以及存在的問(wèn)題做簡(jiǎn)單

4、的介紹。
　　(2)首先介紹壓電陶瓷的一些相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)。其次，建立桿式超聲電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
　　(3)參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)并對(duì)比了目前常見(jiàn)的行波超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，發(fā)現(xiàn)目前的驅(qū)動(dòng)器尚有一些缺陷以至于影響超聲電機(jī)性能最大限度的發(fā)揮。本文主要基于TI公司生產(chǎn)的UCC3895芯片設(shè)計(jì)了一款行波超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使得驅(qū)動(dòng)電路得到了大大簡(jiǎn)化，并且提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性等。
　　(4)超聲電機(jī)一般在100V以上的高頻信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下才能運(yùn)行