超聲電機(jī)啟動(dòng)特性研究.pdf

1、超聲電機(jī)（ultrasonic motor，USM）是20世紀(jì)80年代開始發(fā)展起來的一種全新概念的微特電機(jī)。行波型超聲電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高、無噪聲污染和大轉(zhuǎn)矩密度等特點(diǎn)，非常適用于各種伺服控制場合，特別是照相機(jī)、機(jī)器人、精確定位裝置以及航空航天領(lǐng)域。超聲電機(jī)在運(yùn)行過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不能啟動(dòng)的現(xiàn)象,這個(gè)問題的發(fā)生將嚴(yán)重影響使用超聲電機(jī)的機(jī)械裝置的可靠性，不利于工業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè),分析導(dǎo)致超聲電機(jī)不能啟動(dòng)的因素并解決其啟動(dòng)不成功的問

2、題具有重要的意義。
　　本文從測試定子阻抗、電機(jī)定子孤極反饋電壓以及接觸界面靜態(tài)力矩出發(fā)，研究了超聲電機(jī)不能啟動(dòng)的原因，得出超聲電機(jī)在適宜的工作條件下（工作頻率大于其諧振頻率約0.5kHz左右，預(yù)壓力不易過大），啟動(dòng)困難的主要原因是接觸界面在運(yùn)行后發(fā)生了變化。超聲電機(jī)在工作過程中，滑動(dòng)摩擦發(fā)熱導(dǎo)致接觸界面定轉(zhuǎn)子材料性能改變，停機(jī)后定子齒面與轉(zhuǎn)子摩擦材料表面相互嵌合，甚至粘結(jié)，使定子阻抗增加諧振頻率增大，導(dǎo)致使用停機(jī)前的頻率激振定子

3、，其不能起振或振動(dòng)微弱，轉(zhuǎn)子不能正常工作。借助于行波超聲電機(jī)線彈性接觸模型，推導(dǎo)出描述超聲電機(jī)啟動(dòng)性能的數(shù)學(xué)表達(dá)式，為深入認(rèn)識(shí)超聲電機(jī)啟動(dòng)困難的原因，改善其啟動(dòng)特性提供了理論指導(dǎo)。
　　針對(duì)超聲電機(jī)啟動(dòng)特性要求，研究了用于超聲電機(jī)的測速原理和方法，選定用光電編碼器 T法測速，該編碼器具有輸出響應(yīng)快，測試精度高的特點(diǎn)。搭建起超聲電機(jī)性能試驗(yàn)平臺(tái)，研制出了一套行波型超聲電機(jī)啟動(dòng)特性測試系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并編制出上位機(jī)和下位機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件。該測試系

4、統(tǒng)由電機(jī)、編碼器、測試板等幾部分組成，可用于多種型號(hào)的超聲電機(jī)啟動(dòng)特性研究。利用信號(hào)發(fā)生器和示波器對(duì)測試系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定試驗(yàn)，結(jié)果表明，本測試系統(tǒng)可以滿足測試精度要求，可以用于啟動(dòng)特性研究。
　　研究了幾個(gè)因素，包括超聲電機(jī)工作和接觸參數(shù)、摩擦材料以及環(huán)境狀態(tài)等對(duì)超聲電機(jī)啟動(dòng)特性的影響。試驗(yàn)分析了測試系統(tǒng)用聯(lián)軸器的選擇問題，為測試系統(tǒng)用聯(lián)軸器的選擇提供了依據(jù)；對(duì)不同間隔時(shí)間下超聲電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行了試驗(yàn)，得出，隨著間隔時(shí)間的增加超聲