行波接触型超声波电机特性与控制研究

　　2摘要亍，接触型超声波电机的王作原理与电磁型电机的工作原理戴然不同，本文对其控制。统各组成部分作了分析，给出了控制器输出波形并谢亍波接触型超声波电机定转子之间的摩檫传动进行了研究，提出了电机效率计算方法，对机械特性与放碑曲线进于计异，计异结果与实验测试结果相符合。

　　1引言行波接触型超声波电机的工作原理不同于传统结构的电磁型电机，它是靠定子环背面所粘贴的压电陶瓷起振而带动定子环起振动。1通过足转，之叫的摩擦力来叱动转子旋转，即利用压电陶瓷的逆压电效应直接将电能转换成机械能。这种电机具有结构简单小型轻量运行稳定可控性好精度高低速大转矩等特。适应，前对电机的进步的短薄小的要求。虽然超声波电机的发展历史很短，但已显示出良好的潜在应用前具21 2行波接触型超声波电机的控制行波接触型超声波电机定转子均为环状结构，靠定的轴向压力紧压在起，定子为带齿槽的环状弹性体在定子弹性体的背面粘贴了及压屯陶瓷。根据这种电机的特殊工作要求，需对压电陶瓷施加电压有效值相等频率相同相位相差兀办的两相交流电。由压电陶瓷的逆压电效应，每相交流电分别在压电体上产生个振动驻波，两驻波在时间上相差7么空间上相差14波长，进而合成为个振动行波，带动定子环起振动。在定子振动体传递行波的过程中，其擦力不断地对转子施加作用，使转子连续运转。完成屯机的机电能量转换31.

　　行波接触型超声波电机控制器外部输入为12伏的直流电，输出为两相交流电，可将其看成；6个逆变器。山于这种电机的等效电路为容性电路，可将方波信号中的高次谐波滤掉成为弦波。这样。要求控制器能产生两相电压有效值相等频率相同相位相差兀办的方波交流电即可，从而使电路得到简化。控制器由信号发生回路信号分配回路功率放大回路和反馈回路组成，1所不。

　　由于对电机有变速的要求，必须使超声收稿曰期2以717基金项目天津市自然科学基金资助项目9937006及其控制研宄。

　　波电机控制系统具备可以改变定子环共振的功能，这可以通过改变输入电机的两相交流电的频率来实现。超声波电机般工作在谐振频率附近，而谐振频率附近的导纳频率曲线很陡，频率的略微改变会带来电机速度555定时器为主构成的多谐振荡器组成，通过改变多谐振荡器输出脉冲的频率，从而改变电机工作电压频率，达到调节电机转速信号分配回路以位双向移位寄存器。，401陪为主构成，双向移位寄存器输出端声波电机的正反转，满足对电机双向旋转的要求。

　　功率放大回路是以推挽放大器为主构成，推挽放大电路是两个互补晶体管在个信号周期内轮流导通半个周期，导通角为1电路的输出采用输出变压器与负载相耦合，改变输出变压器的匝数比可使负载成为放大器的佳负载，以保证晶体管工作在佳运行状态。

　　由于超声波电机中压电元件谐振点与反谐振点随温度的变化会发生1.4，左右的漂移，因此引入反馈回路，使电机保持正常的工作状态。

　　信号发生回路信号分配回路功率放大回路反馈回路超声波电机3行波接触型超声波电机特性超声波电机是依靠定转子之间的摩擦力不断地对转子施加作用，使转子连续的运转，在定子振动体传递行波的过程中，其面质点作椭圆运动。在定转子接触时，转子上处的摩檫材料将产生变形。

　　转子受到的推力7为14向速度；vm为转子运动速度；为弹性系数；为变形量为比例系数；0为变位角；9为初相位角。

　　则定转子接触面输出功率和接触面功率K+2vl式中，为4=72时的变形量。

　　+sin29sin9则定转子接触面转换效率为行波接触型超声波电机的效率与定子的机电变换效率有关，而机电变换效率因负载对定子的影响而变动，因此，在计算电机效率损失分别为时要考虑定转子接触面的阻抗。2为定子环等效电路131.

　　振子的静态电容，分别为阶谐振频率下压电振子的动态电感和动态电容；凡为左阶谐振频率下压电振子阻尼损耗的等效电阻；及为定子弹性体和机座支撑作用及转子压紧作用所引起阻尼的等效电阻，为机械阻尼阻抗；为变压器变比。

　　则电机效率及机械特性可分别示为4实验与计算4.1控制器输出波形行波接触型超声波电机控制器输出为电压幅值相等频率相同相位相差6的两相方波交流电，控制器将方波交流电中的高次谐波成分滤掉，剩下的基波交流电正是电机所需要的正弦波形交流电。进行这样的处理后，控制器的输出电压波形3.

　　4.2电机的机械特性与效率进行比较，4和5.由中可见，根据上式计算行波接触型超声波电机机计算所得电机机械特性和效率曲线与实验结械特性与效率曲线，并与样机实际测试结果果较好地吻合。

　　5结论超声波电机尚属发展的初始阶段，其工作过程的理论技术特性的极限估计控制特性的分析效率的提高新振动模式的应用以及摩擦材料的开发等尚有许多问题有待研究解决。本文对行波接触型超声波电机控制系统及定转子摩擦传动进行了分析，给出了行波接触型超声波电机控制系统的实际输出波形，对电机机械特性与效率进行了计算，并将计算结果与样机实际测试结果进行了比交，验证了本文分析方法的正确性。

　　2夏长亮，史婷娜。超声波电机的研允进展与应3夏长亮。行波型超声波电动机及其驱动控制系统的研宄珂。杭州浙江大学，1995.

　　4黑泽实，上羽贞行。进行波型超，波乇夕仍效率本声学学会志，199