柱面行波超聲電機及驅(qū)動系統(tǒng)研究.pdf

1、本文提出了柱面驅(qū)動行波超聲電機，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激勵出圓柱殼體沿圓周方向的非軸對稱振動模式，殼體沿軸向振動是同步的，這實質(zhì)上避免了定子上各驅(qū)動質(zhì)點與轉(zhuǎn)子間接觸的不均勻性，所以不會帶來定轉(zhuǎn)子接觸區(qū)域應力集中現(xiàn)象以及由此帶來的加劇磨損、發(fā)熱嚴重和降低電機輸出性能等不良后果。本文給出了該電機定子上壓電陶瓷的極化、分布及驅(qū)動方式，設計了電機的固定及施加預緊方式。采用有限元分析軟件ANSYS9.0對壓電陶瓷和殼體構(gòu)成的定子結(jié)構(gòu)進行了模

2、態(tài)及瞬態(tài)分析，確定電機定子各尺寸參數(shù)，基于振動理論推得了定子齒的橢圓運動軌跡。同時設計了微米級調(diào)節(jié)定轉(zhuǎn)子之間預緊力的預緊機構(gòu)，以適應超聲電機微幅振動的需要。為保證定轉(zhuǎn)子之間的均勻接觸，采用薄壁環(huán)節(jié)固定電機定子的獨特結(jié)構(gòu)。
　　本文提出了新型的電學匹配網(wǎng)絡。該匹配網(wǎng)絡不但起濾波作用，還能降低電壓對工作頻率的靈敏度。目前對于超聲電機采用開關電源驅(qū)動，電源輸出的是正負對稱的方波電壓，為滿足驅(qū)動需要，必須濾去其中的高次諧波，得到標準的正弦

3、電壓波形。因超聲電機在諧振頻率附近工作，驅(qū)動頻率的微小改變會導致電機阻抗的大幅變化，從而使加在超聲電機上的電壓大幅度變化，影響電機的性能。該匹配網(wǎng)絡揭示了匹配參數(shù)和電機參數(shù)之間的諧振關系，在本文選定的頻率工作區(qū)間內(nèi)，電壓的變化率被限制在8％以內(nèi)。此匹配方法具有很強的實用性，可為各種超聲電機及超聲換能器（并不局限于開關電源驅(qū)動）與電源之間的電學匹配提供理論指導。
　　本文基于數(shù)字DDS技術和移相控制技術成功研制了零電壓轉(zhuǎn)換全橋逆變超

4、聲電源。采用數(shù)字DDS技術和應用FPGA芯片研制了具有調(diào)頻和調(diào)相位差功能的方波信號發(fā)生器。分析了傳統(tǒng)的PWM驅(qū)動方式會使開關管工作在硬開關狀態(tài)及由此帶來的危害。針對超聲電機驅(qū)動頻率高（頻率在19.8kHz至100kHz），驅(qū)動電壓大，且呈容性負載的特點。通過對超聲電機的驅(qū)動電路進行改進，使其具有感性負載的特點，以利于實現(xiàn)開關管的零電壓開關。通過電路分析軟件ORCAD10.5和數(shù)值分析軟件MATLAB7.1對該電路進行了系統(tǒng)的分析。該電源