旋转型行波超声电机网络性能测试与仿真

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1、学兔兔www.xuetutu.com1匐似旋转型行波超声电机网络的性能测试和仿真Rotarytravelingwavetypeultrasonicmotorperformancetestandsimulation范培英’，邱洋FANPei—ying。．QIUYang(1．上海建桥学院信息化办公室。上海201319；2．上海电子信息职业技术学院计算机应用系，上海201411)摘要：行波超声电机是新型电机，利用能量转换摩擦传递超声波振动，产生动力，其结构简单、性能优越和发展迅速。旋转型适合在医疗、航空航天等精密领域中使用。

2、本文介绍了超声电机的工作原理和分类等，着重分析了不同温度下对电机工作频率、机械特性和摩擦材料等的变化情况。旋转型行波超声电机的性能随温度的升高呈下降趋势。关键词：超声电机；旋转型；共振频率；机械特性中图分类号：TN23文献标识码：B文章编号：1009—0134(2012)08(上)一0079—03Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2012．8(I-)．230引言向速度决定，并且和行波的传播方向相反。其实质是压电陶瓷的逆压电效应产生定子激超声电机技术是综合了振动学、摩擦学、电振，在某频率处产生高频

3、的微幅振动，再通过摩力电子、自动控制和新材料等众多学科的新技术。擦将定子的微幅振动转换成转子的回转。这里定超声电机由于其优越的性能，而受到广泛的关注。子为一圆环形板，其顶端质点为三维的运动轨迹，超声电机是将电能转换成机械能，利用压电陶瓷沿着径向、周向和纵向位移分量分别表示：的逆压电效应获取运动和力矩，将材料通过机械共振和摩擦转换成转子的运动。超声电机具有结：4(，z)cos(co,．t—)构简单、噪声小、不受磁场干扰、效率高和控制Vs=mAsr，z)sin(comt—)性能好等特点，发展非常迅速，前景十分广阔，未来会用

4、在医疗系统和安全系统甚至一些特殊领域。=(r)cos(co,．t—m)行波超声电机由正交的两组驻波合成，其中公式中(，．，z)、(，z)、(r)分别是径向、定子质点做椭圆形的运动。超声电机可以分为直周向和纵向相关的函数：线型和旋转型超声电机。其结构式利用定子的行r,z)：一z波波纹受到摩擦力而带动转子旋转，通过改变输ur入电压进而使行波的传播方向发生变化。定子的(，Z)=一二(r)频率和定子转子的摩擦力会因为温度而有所变化，导致超声电机的许多性能也随之受到影响。本文(，)=(，)通过温度的测试实验系统对超声电机共振频率

5、、合成径向和周向的位移分量，得到一个和平机械特性等随温度的反应的变化。面内径向垂直的的椭圆轨迹S。可以认为是定1超声电机原理超声电机也被称为超声波电机，可以分成直线型和旋转型电机。旋转型行波超声电机的结构如图1所示，其工作原理是在压电陶瓷上施加相同频率等幅、相位相差90。的交变电压，通过逆压电效应定子激发出两相驻波，驻波叠加形成沿一定方向传播的行波。转子的转动由定子行波表面质点的切图1旋转型行波超声电动机结构简图收稿日期：2012—03—24基金项目：上海市民办高校骨干教师科研项目：整合网络资源，优化教学环境作者简介：

6、范培英(1979一)，女，上海人，工程师，硕士，研究方向为web开发和数据库。第34卷第8期2012—8(上)【79】学兔兔www.xuetutu.com务l訇化子顶端质点在垂直于径向平面内轨迹的投影。定2)电机最高转速测试：用电机驱动控制器驱子要想驱动转子投影运动是必须的，定子需要将动电机，气浮轴承输送转速信号给磁滞测功机。振动能量转换成转子的旋转动能。椭圆运动会让不断调节驱动器的输出频率直到它约等于反共振转子悬浮，定子要用预压力将其紧压在弹性体上。点频率，保持后观察电机此时的最大转速。另外质点还有运动分量，它能有效

7、控制定子和3)转速稳定性测试：选择性能较好的摩擦转子产生的径向滑动，减少能量的消耗，有利于材料FM1和FM2将它们和2台电机的转子固定。定子和转子的动力传递。调节温度至电机保持稳定的最低工作状态，调节驱动频率，转矩外加0．IN·m加大磨擦，保持温2温度对电机的影响度2h恒定，每隔10分钟记录电机转速变化1次。温度的变化严重影响着超声电机的力矩和转同理测试并且记录下另外1台电机的数据。在光速等，以往研究温度对电机的作用都是在压电陶学显微镜下观察和比较两种材料摩擦界面的变化。瓷方面。我们将电机的定子等效成压电复合梁模型，利

8、用物理能量等效原则，计算出定子的等效4仿真实验密度、弹性模量等。考虑转动惯量等的影响下，4．1电机共振频率共振频率计算公式：如图2中的曲线．为理想状态，随着温度的升高电机共振频率呈直线下降。但在试验中测得的频r、z面『．r、，r．E、Tl了jI¨【、丁jlHJl率变化分别是图2中的共振点．，：和反振点．曲线。同一温度时，总是高于。