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一种圆柱杆式超声电机及驱动系统的研究

作　者: 郑利
导　师: 邹平
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 超声电机 行波 电学匹配 驱动系统 单片机
分类号: TM359.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


超声波电机是上世纪八十年代发展起来的一种新型驱动设备,不同于传统的电磁电机,它是利用压电陶瓷的逆压电效应激励超声振动,借助弹性体谐振放大,通过摩擦将电能转化为机械能。这种电机具有响应快、低转速、结构简单、不受电磁干扰、断电自锁等优点,在微型机械,机器人,精密仪器,等方面有着广泛的应用前景。超声波电机的形式多种多样,小型化和大力矩是其发展的两个重要方向。其中圆柱杆式双转子行波超声波电动机以其输出力矩大从而具有良好的发展前景。在参考大量国内外研究文献的基础上本文以圆柱杆式双转子行波超声波电动机为研究对象,对其驱动机理、设计理论、以及驱动电路频率等进行较为系统的研究。本文开展的研究工作和取得的成果如下：1、首先回顾了国内外超声波电机的发展历程,简单介绍了超声波电机的分类、特点,重点介绍了圆柱杆式行波超声电机的特点、发展简史以及国内外的研究状况及应用。2、介绍了圆柱超声波电机相关的基础理论,包括压电陶瓷的振动理论以及梁的弯曲振动理论,建立了圆柱超声波电机的简单数学模型；因为椭圆运动轨迹的合成是超声波电机转动的本质所在,所以着重分析与讨论了超声波电机椭圆运动的形成。3、通过有限元理论建立电机定子结构有限元理论模型,得出压电陶瓷压电系数对电机固有频率产生影响的重要结论。并通过ANSYS分析得到试验样机的工作频率。4、提出了超声电机谐振频率分离式电学匹配方法。以开关电源驱动的超声电机为了避免激发出电机的非工作模态振动,需要串联电感滤除高次谐波。5、针对课题所研制电机设计基于单片机的驱动控制电路,可以实现相位和频率的调节。论述了其工作原理、电路特点以及对实际电路的动态特性进行分析,并对其输出信号进行分析和进行电机样机驱动实验。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章 绪论  11-23
  1.1 超声波电机的发展简史  11-13
  1.2 国内外研究水平和动态  13-15
    1.2.1 国外研究状况及应用  13-15
    1.2.2 国内的研究现状及应用  15
  1.3 超声波电机的特点和分类  15-17
    1.3.1 超声波电机的特点  15-16
    1.3.2 超声波电机的分类  16-17
  1.4 圆柱杆式超声电机  17-19
    1.4.1 圆柱杆式超声电机的定义及特点  17-18
    1.4.2 圆柱杆式超声波电机的研究状况  18-19
  1.5 超声波电机研究的热点问题和在应用上存在的困难  19-20
    1.5.1 目前研究的热点问题  19-20
    1.5.2 存在问题  20
  1.6 本文的主要研究内容  20-23
第2章 圆柱杆式超声电机的工作原理  23-35
  2.1 压电陶瓷数学模型  23-26
  2.2 细直梁的弯曲振动模型  26-29
  2.3 电机运动机理  29-32
    2.3.1 圆柱杆式超声电机定子端面行波的产生  29-30
    2.3.2 定子表面质点椭圆振动轨迹的形成  30-32
  2.4 圆柱杆式超声电机的工作特点  32-33
  2.5 本章小结  33-35
第3章 圆柱超声电机定子弯曲振动有限元分析  35-45
  3.1 引言  35
  3.2 压电陶瓷的设计  35-39
    3.2.1 压电陶瓷材料几个重要的参数  36-37
    3.2.2 压电陶瓷材料的尺寸和属性  37-39
  3.3 圆柱定子弯曲振动的有限元分析  39-43
    3.3.1 螺栓固定兰杰文振子  39-40
    3.3.2 圆柱定子弯曲振动有限元分析  40-43
  3.4 电机定子结构的有限元分析  43-44
  3.5 小结  44-45
第4章 超声电机电学匹配研究  45-51
  4.1 引言  45
  4.2 圆柱杆式行波超声电机等效电路模型  45
  4.3 匹配电路研究  45-48
  4.4 开关逆变电源特性研究  48-49
  4.5 本章小结  49-51
第5章 超声电机驱动控制电路设计  51-73
  5.1 超声电机驱动方案设计  51-52
  5.2 机控制驱动电路设计  52-63
    5.2.1 控制电路部分设计  52-57
    5.2.2 驱动电路部分设计  57-63
  5.3 超声电机脉冲变压器设计  63-66
  5.4 电路的仿真与实验  66-71
    5.4.1 电路仿真与实验测试  66-70
    5.4.2 激励频率与转速测试  70-71
  5.5 本章小结  71-73
第六章 结论与建议  73-75
  6.1 结论  73
  6.2 建议  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
附录：汇编语言编程  81-84

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 其他
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