能量回饋型超聲波電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超聲波電機(jī)是一種基于振動和摩擦驅(qū)動的微型特種電機(jī)，具有低速大扭矩、結(jié)構(gòu)緊湊和快速響應(yīng)能力等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微衛(wèi)星和微型機(jī)器人的驅(qū)動組件中。各個國家都在研究超聲波電動機(jī)，類型也在不斷擴(kuò)展，用途也越來越廣泛，如直線型、多個自由度、非接觸型等不同類型超聲波電動機(jī)在廣泛開發(fā)應(yīng)用，大大提高了超聲波電動機(jī)適應(yīng)各種環(huán)境的能力與生命周期。超聲波電機(jī)目前主要是提供輸出力或力矩，對被控對象（如機(jī)器人）進(jìn)行驅(qū)動或定位作用。而在一些極端環(huán)境（如封閉的有毒有害容

2、器、高低溫等）中工作的微型機(jī)器人，其供電是一個不容忽視的問題，本文提出了一種能量回饋型超聲波電機(jī)，它既有精密驅(qū)動和定位功能，又有獲取電機(jī)在運(yùn)行過程中的振動能量的作用，并將其轉(zhuǎn)化成電能給微電子器件供電。本論文主要從結(jié)構(gòu)分析、理論建模、接口電路和實(shí)驗(yàn)研究等關(guān)鍵技術(shù)來研究能量回饋型超聲波電機(jī)，具體研究內(nèi)容包括:
　　1.設(shè)計(jì)能量回饋型超聲波電動機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，采用ANSYS分析軟件對電機(jī)關(guān)鍵部件:定子和定、轉(zhuǎn)子接觸進(jìn)行實(shí)體建模，分析定子模

3、態(tài)、諧響應(yīng)特性和瞬態(tài)特性，并對定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)的定子結(jié)構(gòu)尺寸，為能量回饋型超聲電動機(jī)的樣機(jī)制作奠定基礎(chǔ)。
　　2.利用Hamilton原理、赫茲接觸理論和庫倫摩擦模型建立了電機(jī)機(jī)械特性動力學(xué)模型，仿真分析了負(fù)載轉(zhuǎn)矩、振動幅值、預(yù)壓力、接觸半徑、及頻率等對電機(jī)械輸出特性的影響。
　　3.以機(jī)械特性動力學(xué)模型為基礎(chǔ)，采用鐵木辛哥梁彎曲振動理論創(chuàng)建了電動機(jī)振動能量采集和轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型，仿真分析了激勵電壓幅值及頻率等對采集