三相纵振模态驱动的直线型超声电机的研究

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直线型超声电机是一种新型的微特电机。它利用压电陶瓷的逆压电效应激发弹性体的超声振动,通过定子和动子之间的摩擦耦合作用,把弹性体的微幅振动转换成动子的直线运动,直接驱动负载,具有功率密度大、低速大转矩、动作响应快、能断电自锁、噪声低等优点,在精密驱动装置、航空航天、生物医药、机器人等众多领域有广泛的应用前景。为了丰富直线型超声电机的形式,本论文以“三相纵振模态驱动的直线型超的声电机”为主题展开了研究,主要完成的工作如下:  (1)阐述了直线型超声电机的定义、分类及其特点,介绍了直线型超声电机的研究现状及其典型的应用,说明了本文的研究背景及其意义。  (2)阐明了压电陶瓷的压电特性,推导出杆的纵向振动方程。提出了一种H型的直线型超声电机并叙述了电机机理,该电机利用杆的三相纵向振动模态在电机定子驱动端合成椭圆运动,通过定、动子间的摩擦作用直接驱动负载。通过对电机压电陶瓷施加电源信号激励了弹性体的振动,推演了直线型超声电机的工作过程。  (3)利用有限元软件ANSYS对电机定子进行建模,通过分析计算其振动模态频率及振型。为了对电机定子结构进一步优化,通过改变其各结构参数,再运用ANSYS分析了不同结构参数对定子振动模态频率的影响。这也为今后直线型超声电机定子的优化设计提供了一种有效的方法。  (4)利用多普勒激光测振仪对定子进行扫描实验,通过对比实验数据与ANSYS分析结果,从而证明了工作模态频率及振型设计的可靠性。  (5)结合超声电机对驱动电源的要求及压电陶瓷的性能,分析了本文所研究驱动电源的特点。研制了一种基于压控振荡器的驱动电源,并制作出该电源的实物,利用实验证明了可行性。
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