新型换能器式超声马达的理论与实验研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要超声马达作为一种全新的驱动器，以低速大转矩、大静态保持力矩、响应速度快、体积重量小、结构简单以及无磁场干扰等优点受到国内外的广泛关注，在许多领域中得到了实际应用。本文设计了两种以换能器为驱动源的超声马达，一种是旋转的行波马达，一种是直线的驻波马达，同时对两种马达的驱动原理进行了探讨，理论上证明了两种结构是可行的。通过有限元分析的方法，对两种马达进行了结构设计，利用数值分析软件，讨论了定子圆环各个尺寸参数对特征频率的影响，为马达结构参数的优化设计提供了依据。超声换能器是实现声能与电能相互转换的器件。采用换能器为动力源的马达能有效的获得大振幅振

2、动，适于大功率输出。本文进行了换能器的设计，使换能器的谐振频率与定子圆环和平板的谐振频率达到了较好的匹配，对不规则形状的换能器前端盖采用了有限元的方法，，使换能器的设计变得更加容易和准确。在理论分析的基础上，对设计的两种马达进行了试验分析与测试，分析了影响行波马达运转的不利因素，测试了驻波马达不同预压力下速度与拉力以及马达空载时速度与电压、速度与预压力之间的关系，验证了理论分析结果的正确性和可靠性。关健词超声马达:换能器;有限元、回归分析一于~一一一燮叁巴竺竺巴选些二一AbstractUltrasonicmotors,asnovelactuators,havebeenatt

3、ractingintensiveattentionathomeandabroadwiththeiroutstandingfeaturessuchaslowspeedandhightorque,largeholdingtorque,rapidresponse,lightweightandcompactsize,simplestructure,andnomagneticdisturbance,etc.Theyhavebeenusedinmanypracticalapplications.Twonewultrasonicmotorsthatusetransducersaspowe

4、rsourcearepresentedinthedissertation,oneistherotatingtravelingwaveultrasonicmotor,theotheristhelinearstandingwaveultrasonicmotor.Theworkingprincipleofthetwomotorsisresearchedandthefeasibilityofthetwostructuresisprovedintheory.ThestructuresofthetwomotorsaredesignedbyusingFEMandtheinfluenceo

5、feverydimensionparametersofthestatorlooponresonantfrequencyisanalysed,whichsuppliestheatestationforoptimizingthedimensionparametersofmotors.Thetransducerisadevicethatcanconversesoundenergytoelectricityenergyandviceversa.Themotorusedtransduceraspowercangaingreatamplitudeeffectivelyandoutput

6、greatpower.Thetransducersaredesignedinthedissertationandtheirresonantfrequenciesarematchedquitewellwithresonantfrequenciesofstatorloopandflatboard,amethodusingFEMtodesignanomalousfrontstructureoftransducerswasadopted,whichcanmakeiteasyandaccuratetodesignatransducer.Onthebasisoftheoreticalr

7、esearch,anexperimentationismade,bywhichweanalysethedisadvantagesimpactingtheworkoftravelingwaveandtesttherelationshipamongpressingforce,speedandpull.Theresultsoftheexperimentationvalidatethecorrectnessandreliabilityoftheoreticalanalysis.KeywordsUltrasonicmotor