2自由度球形行波型超声波电动机的特性计算模型

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1、第45卷第3期机械工程学报Vol.45No.32009年3月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMar.2009DOI：10.3901/JME.2009.03.2292自由度球形行波型超声波电动机的*特性计算模型1121胡锡幸郭吉丰傅平沈润杰(1.浙江大学电气工程学院杭州310027；2.闽江学院物理与电子信息工程系福州350108)摘要：理论和试验研究2自由度行波型超声波电动机的机械特性计算问题。分析2自由度行波型超声波电动机空间结构关系和定转子接触面的摩擦力。利用空间位置关系，计算得到了行波定子和球转子接触面上任一点的摩擦驱动力和摩擦阻力。根据运动稳定时行

2、波定子轴向力平衡关系，推导给出2自由度球形行波型超声波电动机的特性计算解析式。通过研制的样机进行理论和试验分析，证实计算模型有效性和准确性，并分析各种电动机参数对输出机械特性的影响。研制的样机实现最大堵转转矩达0.10N·m，空转转速为90r/min左右。研究工作为下一步球形行波型超声波电动机的设计、优化和控制提供了理论基础。关键词：球形超声波电动机2自由度摩擦驱动机械特性数学模型中图分类号：TP242MechanicalCharacteristicsCalculationof2-DOFSphericalTraveling-waveTypeUltrasonicMotor1121HUX

3、ixingGUOJifengFUPingSHENRunjie(1.CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027;2.PhysicsandTelecommunicationEngineering,MinjiangUniversity,Fuzhou350108)Abstract：Themechanicalcharacteristicscalculationoftraveling-waveultrasonicmotorwithtwodegreesoffreedomisinvestigatedtheoreti

4、callyandexperimentally.Thespacestructurerelationsoftraveling-waveultrasonicmotorwithtwodegreesoffreedomandthefrictionforceonthecontactsurfaceofstatorandrotorareanalyzed.Byusingspacepositionrelations,thefrictiondrivingforceandfrictionresistanceatanarbitrarypointonthecontactsurfaceoftraveling-wav

5、eandsphericalrotorareobtainedthroughcomputation.Thentheanalyticalexpressionofmechanicalcharacteristicscalculationisdeducedonthebasisoftheaxialforcebalancerelationoftraveling-wavestatorwhenthemotionisstable.Thevalidityandveracityofthemodelisverifiedbytheoreticalandexperimentalanalysisofthedevelo

6、pedmotor,andtheinfluenceofmotorparametersontheoutputmechanicalcharacteristicsisanalyzed.Themaximumbraketorqueofdevelopedmotorreaches0.10N•m,theidlespeedis90r/min.Thisresearchworklaysatheoreticalfoundationforthenextdesign,optimizationandcontrolofsphericaltravelingtypeultrasonicmotors.Keywords：Sp

7、hericalultrasonicmotorTwodegreesoffreedomFrictiondriveMechanicalcharacteristicsMathematicsmodel大。近20年来，多自由度驱动器一直是个研究热点，*0前言由于电磁感应的多自由度电动机因结构复杂和制造困难等原因一直进展甚微，多自由度超声波电动机[1-5]随着机电科技的进步，传统的单自由度的驱动在这个背景下应运而生，它有着超声波电动机的结构已经无法满足要求，若每个自由度