
超聲波電機是利用壓電陶瓷在超聲頻域的振動,并把振動能量轉(zhuǎn)化為機械能的電動機。這一全新原理的電機結(jié)構(gòu)簡單,能獲得低速大轉(zhuǎn)矩,且有響應(yīng)速度快、不產(chǎn)生磁噪聲等優(yōu)點,引起了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的重視。在機器人、微型機械、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用前景。環(huán)型行波式超聲波電機是利用環(huán)型壓電陶瓷在金屬彈性體的表面激發(fā)出行波,進而依靠摩擦的方法推動壓在金屬彈性體上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。其中,環(huán)型壓電陶瓷和帶有齒的金屬彈性體是用環(huán)氧樹脂粘貼在一起的,通常稱為定子。其工作原理是這樣的,由于壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng),當對壓電陶瓷施以超聲頻率且有一定相位差的兩相電壓時,沿定子圓周方向就會產(chǎn)生行波振動,當行波通過定子中心線上的點時,該點作垂直方向運動,其頻率與幅值和行波的頻率與幅值相同。但是由于定子的彎曲,使得遠離中心線的點在做垂直運動的同時在水平方向上前后運動,結(jié)果合成運動軌跡為一橢圓,從而使定子表面粒子作橢圓運動。借助于摩擦力,可以使通過施加一定預(yù)壓力與之接觸的轉(zhuǎn)子逆著波行方向旋轉(zhuǎn)。所以,環(huán)型行波式超聲波電機是否能正常工作首先取決于定子的表面是否能激發(fā)出足夠幅度的行波。因此,對環(huán)型行波式超聲波電機定子進行模態(tài)分析以確定出定子的諧振頻率,從而使所加電源的頻率等于定子的固有頻率以最大的實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換,這是超聲波電機設(shè)計中的關(guān)鍵;其次,通過對包含壓電陶瓷的定子的模態(tài)分析,可以估計出定子的振動模態(tài)和耦合因子;通過諧波分析的計算結(jié)果同實測結(jié)果的比較,可以找到適宜的阻尼系數(shù),以估計品質(zhì)因數(shù)、電導(dǎo)納及定子的位移特性。通過瞬態(tài)分析和接觸分析,可以得知馬達的運動情況和進行接觸界面的分析。