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超声波电动机UltrasonicMotor特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第1页

1超声波电动机基本原理3超声波电动机优点及其应用2超声波电动机发展6超声波电机存在问题及研究重点4超声波电动机常见结构与分类5行波型超声波电动机驱动控制教学基本要求超声波电动机及其发展概况分析与思索练习题返回主页特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第2页

超声波电动机(UltrasonicMotor,简称USM)是近年来发展起来一个全新概念驱动装置,它利用压电材料逆压电效应(即电致伸缩效应),把电能转换为弹性体超声振动,并经过摩擦传动方式转换成运动体回转或直线运动。这种新型电机普通工作于20kHz以上频率,故称为超声波电动机。1超声波电动机基本原理上一页下一页返回上一节下一节超声波电动机不一样命名:如振动电动机(VibrationMotor)、压电电动机(PiezoelectricMotor)、表面波电动机(SurfaceWaveMotor)、压电超声波电动机(PiezoelectricUltrasonicMotor)、超声波压电驱动器/执行器(Ultrasonicpiezoelectricactuator)等等。特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第3页

1.1超声波电动机结构上一页下一页返回上一节下一节特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第4页

上一页下一页返回上一节下一节超声波电动机由定子(振动体)和转子(移动体)两部分组成但电机中既没有线圈也没有永磁体,其定子由弹性体(Elasticbody)和压电陶瓷(Piezoelectricceramic)组成转子为一个金属板。定子和转子在压力作用下紧密接触,为了降低定、转子之间相对运动产生磨损,通常在二者之间(在转子上)加一层摩擦材料。特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第5页

上一页下一页返回上一节下一节工作原理:对极化后压电陶瓷元件施加—定高频交变电压，压电陶瓷伴随高频电压幅值改变而膨胀或收缩，从而在定子弹性体内激发出超声波振动，这种振动传递给与定子紧密接触摩擦材料以驱动转子旋转。特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第6页

上一页下一页返回上一节下一节当对粘接在金属弹性体上两片压电陶瓷施加相位差为90?电角度高频电压时,在弹性体内产生两组驻波(StandingWave),这两组驻波合成一个沿定子弹性体圆周方向行进行波(ProgressiveWave/TravellingWave),使得定子表面质点形成一定运动轨迹(通常为椭圆轨迹)超声波微观振动,其振幅普通为数微米,这种微观振动经过定子(振动体)和转子(移动体)之间摩擦作用使转子(移动体)沿某一方向(逆行波传输方向)做连续宏观运动。特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第7页

上一页下一页返回上一节下一节A.行波形成将极化方向相反压电陶瓷依次粘贴于弹性体上,当在压电陶瓷上施加交变电压时,压电陶瓷会产生交替伸缩变形,在一定频率和电压条件下,弹性体上会产生图示驻波,用方程表示为1)高频电压?驻波1.2USM工作原理特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第8页

上一页下一页返回上一节下一节A.行波形成2)两驻波?行波设A.B两个驻波振幅同为?0，二者在时间和空间上分别相差90?，方程分别为在弹性体中,这两个驻波合成为一行波特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第9页

上一页下一页返回上一节下一节极化规律：将一片压电陶瓷环极化为A.B两相区，两相区之间有?/4区域未极化，用作控制电源反馈信号传感器，另有3/4波长区域作为两相区公共区。极化时，每隔1/2波长反向极化，极化方向为厚度方向。图中“+”“?”代表压电片极化方向相反，两组压电片空间相差?/4，相当于90?，分别通以同频、等幅、相位相差为90?超声频域交流信号，这么两相区两组压电体就在时间与空间上取得90?相位差激振。A.行波形成3)在USM中形成行波USM定子由环形弹性体和环形压电陶瓷组成,压电陶瓷按图示规律极化,即可产生两个在时间和空间上都相差90?驻波。特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第10页

上一页下一页返回上一节下一节B.弹性体表面椭圆运动设弹性体厚度为h。若弹性体表面任一点P在弹性体未挠曲时位置为P0,则从P0到P在y方向位移为因为行波振幅比行波波长小得多,弹性体弯曲角度?很小,故y方向位移近似为特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第11页

上一页下一页返回上一节下一节B.弹性体表面椭圆运动从P0到P在x方向位移为又所以特种电机及其控制超声波电机专题知识讲座第12页

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