一種新型直線超聲波電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與模型研究.pdf

1、超聲波電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換成機械振動能，并通過定、轉(zhuǎn)子間的摩擦接觸力驅(qū)動轉(zhuǎn)子或動子作旋轉(zhuǎn)或直線運動的新型驅(qū)動器件。作為超聲波電機研究的一個重要分支——直線超聲波電機以其特有的優(yōu)點（如結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、定位精度高、利于微型化等），在航空、醫(yī)療、軍事、汽車和機器人等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并引起了專家、學(xué)者的廣泛研究興趣。目前，直線超聲波電機主要集中在多模態(tài)直線超聲波電機研究上，這種電機采用多個模態(tài)作為電機的工作模態(tài)，

2、為使電機能夠產(chǎn)生橢圓運動軌跡，通常需要利用頻率調(diào)諧等方法將多個模態(tài)的諧振頻率調(diào)成一致或非常接近，這導(dǎo)致多模態(tài)直線超聲波電機對定子結(jié)構(gòu)的尺寸要求更高、設(shè)計靈活性差、安裝和設(shè)計更加復(fù)雜以及制作成本增加。另外，多模態(tài)直線超聲波電機對多個模態(tài)之間的相位關(guān)系要求嚴格，所以需要多個驅(qū)動電路用以控制各個模態(tài)的調(diào)諧，因此其驅(qū)動電路的設(shè)計比較復(fù)雜。
　　論文提出了一種新型直線超聲波電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與模型研究，主要研究內(nèi)容分為三個部分:第一部分主要對新

3、型直線超聲波電機定子的基本結(jié)構(gòu)進行了初步設(shè)計，運用有限元軟件ANSYS對電機定子結(jié)構(gòu)進行實體建模，得到了電機定子機電耦合有限元分析模型，基于該模型并對定子結(jié)構(gòu)進行模態(tài)、諧響應(yīng)和瞬態(tài)特性等進行了分析，從而確定了電機定子的工作模態(tài)、工作頻率及其優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)。第二部分詳細分析了新型直線超聲波電機的運行機理;利用桿的一階振動理論和梁的四階彎曲振動理論建立了定子驅(qū)動足在X和Y方向的振動位移方程，并推導(dǎo)出定子驅(qū)動足在理論上的橢圓運動軌跡，數(shù)值分析