二自由度自行式直线超声电机的分析.pdfVIP

摘 要 摘 要 超声电机是一种新型微特电机。其驱动原理主要是利用压电材料的逆压电效 应，使定子（弹性体）产生超声振动，并通过与定子（弹性体）接触面的摩擦产 生电机驱动力。由于其原理与电磁电机根本不同，因此具有如结构紧凑，低速大 转矩，断电自锁，抗电磁干扰及响应快等独特的优点。随科学的发展，在许多场 合传统电机已不能满足需要人们的需要，而超声电机由于其独特的优点在精确定 位装置、航空航天、卫星探测器、生物医药、家用电气等方面得到更好的应用。 本文研究了一种具有二自由度自行功能的直线超声电机。在对该电机的设计 研究过程中，对超声电机所涉及的理论进行了归纳总结，并加工制作实物，对其 基本的性能参数进行测定。通过理论与实践的结合，更好的理解超声电机的设计。 在对论文电机的设计研究过程中，综合利用了解析法和有限元法对弹性体振 动模态进行了分析总结，探讨了该电机的运行机理，从理论上证明了电机表面之 巅椭圆运动的存在。同时，分析了电机的能量和动力传递机理，建立了电机应变 的传递模型。在论文中，就超声电机的核心元件压电陶瓷，从压电材料、压电效 应等几个重要物理特性及压电方程进行了初步介绍。 在电机的结构设计中，主要分析了电机的一些关键尺寸对电机模态频率的影 响。通过分析发现一组几乎相同频率下的弯振模态和纵振模态，这为电机的实现 提供了有力的理论论证，同时也可以对驱动电路的要求大大降低。 根据Hamilton 原理，从能量角度对电机进行了数学建模。在对电机的建模过 程中，主要利用了机械振动、弹性力学、压电学等有关理论。这是对薄板类电机 进行数学建模的一次重要尝试。 超声电机同其他新型微特电机一样，发展时间短，关于电机设计的许多理论 还存在问题，还没有建立其完善的设计方法和理论分析体系，并且超声电机是利 用摩擦来实现的，而摩擦又是一种非常复杂的现象，它必使摩擦面升温，从而影 响电机的许多性能参数。因此，关于还有许多工作要做，也具有深入研究的价值。 关键词： 超声电机 薄板振动 数学模型 I ABSTRACT ABSTRACT Ultrasonic motor is a new micro-special motor which can be drived by the friction between stator and mover. The friction is produced by the ultrasonic vabrition of piezoelectric materials produced when electricity explode the piezoelectric material. Because of its principle is different from electromagnetic motor’s, ultrasonic motor unique advantages such as compact structure, low speed high torque, power locking, anti-electromagnetic interference, and fast response. With development of science, traditional motors can not meet the needs. But this technology would be used better in precision positioning device, aerospace, satellite sensors, bio-medicine, household electrical applications, and so on. In this paper, a kind of linear ultras