多孤極型空間調(diào)相環(huán)形行波超聲波電機(jī)的研究.pdf

1、超聲波電機(jī)（Ultrasonic Motor，簡稱USM）是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型微特電機(jī)，不同于傳統(tǒng)的電磁電機(jī)，其是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和定轉(zhuǎn)子間的摩擦耦合來驅(qū)動電機(jī)的。本文以具有較好產(chǎn)業(yè)前景的環(huán)形行波超聲波電機(jī)(Ring-typeTravelling-wave Ultrasonic Motor，簡稱RTWUSM)為基礎(chǔ)，對空間調(diào)相環(huán)形行波超聲波電機(jī)（Space Phase Control RTWUSM，簡稱SPC-RT

2、WUSM）的設(shè)計(jì)，SPC-RTWUSM控制及優(yōu)化，基于多孤極信號的RTWUSM頻率跟蹤，基于雙反應(yīng)法的SPC-RTWUSM結(jié)構(gòu)誤差校正展開研究。本文的主要研究內(nèi)容為:
　　本文以波形疊加原理為基礎(chǔ)，以原有的直徑60mm的RTWUSM為藍(lán)本，通過設(shè)計(jì)新的陶瓷結(jié)構(gòu)和電源方案，完成了SPC-RTWUSM的初始設(shè)計(jì)。針對初始SPC-RTWUSM壓電陶瓷結(jié)構(gòu)和接線復(fù)雜的缺點(diǎn)，優(yōu)化陶瓷布置方案，大大簡化了壓電陶瓷的加工和電源的連接。針對SPC

3、-RTWUSM電源數(shù)較多的缺點(diǎn)，提出了三電源方案。針對三電源方案中正反轉(zhuǎn)控制的局限性，結(jié)合控制方法和壓電陶瓷結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，較方便地實(shí)現(xiàn)了全速度范圍內(nèi)正反轉(zhuǎn)的連續(xù)控制。利用SPC-RTWUSM中，電壓既可改變定子波幅，又可改變電機(jī)兩相空間相位差的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了具有新控制特性的SPC-RTWUSM幅相控制方案。仿真和實(shí)驗(yàn)證明了SPC-RTWUSM設(shè)計(jì)和幅相控制方案的合理性和可行性。
　　利用定子中非工作模態(tài)的振型，本文研究了基于多孤極信號

4、的RTWUSM頻率跟蹤方案。采用有限元的方法對RTWUSM進(jìn)行三維建模，在其工作頻率附近進(jìn)行模態(tài)分析，理論分析表明工作模態(tài)振型、前階近鄰模態(tài)振型、后階近鄰模態(tài)振型對不同位置振幅的影響有明顯差異。理論分析和有限元諧響應(yīng)分析表明，此種差異導(dǎo)致的孤極電壓差會隨著電源頻率變化在一定范圍內(nèi)單調(diào)且較為線性的變化。本文亦通過諧響應(yīng)分析的方法，就孤極形式、定子結(jié)構(gòu)誤差、溫升、預(yù)壓力等因素對頻率跟蹤的影響進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)證明了該頻率跟蹤方案的可行性。

5、r>　　本文利用SPC-RTWUSM具有“移動”駐波的能力，研究了定子結(jié)構(gòu)誤差校正的方法。在描述定子結(jié)構(gòu)誤差的表現(xiàn)形式后，從理論上分析了定子結(jié)構(gòu)誤差消除校正和補(bǔ)償校正的方法。針對誤差駐波提取和校正駐波生成的困難，本文在兩相坐標(biāo)系組上，利用雙反應(yīng)法，分別對結(jié)構(gòu)誤差駐波幅值要素和相位要素進(jìn)行一體化的檢測和校正。為了保證校正效果在工程上的一致性，本文推導(dǎo)了校正方案選擇的判據(jù)，以及誤差駐波的估算方法。本文亦對SPC-RTWUSM定子結(jié)構(gòu)誤差校正