【摘 要】
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随着机械电子科技的蓬勃发展,高端装备对驱动机构的要求越来越趋于高集成度、高精度和小型化。其中,压电作动器由于扭矩密度高、保持力矩大、自锁能力强、分辨率高、响应快、缩放简单等优点被广泛应用于成像系统、激光聚焦系统、航空航天、生物医疗仪器等领域。现有的行波型旋转超声电机已在多领域取得成功应用,仍存在激励方式复杂、驱动电压高等需要完善之处,纵扭复合型超声电机驱动信号简单,输出力矩大,但转速较低、纵向尺寸
【基金项目】
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国家111引智基地项目（No.B12021）；
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随着机械电子科技的蓬勃发展,高端装备对驱动机构的要求越来越趋于高集成度、高精度和小型化。其中,压电作动器由于扭矩密度高、保持力矩大、自锁能力强、分辨率高、响应快、缩放简单等优点被广泛应用于成像系统、激光聚焦系统、航空航天、生物医疗仪器等领域。现有的行波型旋转超声电机已在多领域取得成功应用,仍存在激励方式复杂、驱动电压高等需要完善之处,纵扭复合型超声电机驱动信号简单,输出力矩大,但转速较低、纵向尺寸较大。本文针对上述两类超声电机的局限性,提出了一种基于驻波的径扭模态转换型旋转超声电机并设计了与之匹配的独立驱动系统。主要研究内容概括如下:1.提出了一种基于驻波的径扭模态转换型超声电机,该电机结构和激励方式简单,通过环向分布的波导结构实现了径向-扭转模式转换的工作原理。用有限元方法确定了电机的工作模态,并对结构参数进行了优化。2.设计了基于双PWM逆变电路拓扑结构的驱动系统,实验表明该系统输出的电压和频率可独立调节,能满足电机对驱动器的要求;同时该系统还具备测量电机预压力、输出扭矩和转速的功能。3.对原理样机进行了阻抗分析实验、三维测振实验以及输出性能测试实验。测得其最佳工作频率带为38.0kHz到38.2kHz,在驱动电压为150Vpp、频率为38.1kHz的条件下,测得电机的最大转速为1500r/min,最大输出扭矩为0.2N·m。实验表明该电机在较低的驱动电压下具有良好的机械输出性能。
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