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超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应,把电能转化为弹性体(定子)振动的新型直接驱动电机。和传统的电磁电机相比,它具有低速大转矩、体积小、无电磁干扰、动作响应快、断电自锁等优点,适合用在非连续运动领域和精密控制领域。虽然目前还不能完全替代传统的电磁电机,但在一些特定的应用场合取代电磁电机是发展的趋势。
本文共有6章内容。首先介绍了超声波电机的发展历史、特点、分类、应用以及研究现状,并结合国内外超声波电机技术的发展趋势,阐述了本论文的研究意义和研究内容。接着从理论的角度分析了行波型超声波电机利用压电陶瓷片的逆压电效应将电能转化为机械能,并详细讲述了行波产生的过程和定子表面质点椭圆运动的原理。从而行波型超声波电机的运行机理跃然纸上,为电机的设计打下理论基础。
然后是电机的设计阶段,先介绍了定子的整个设计过程,介绍了有限元设计软件ANSYS,从初始设计开始,经过有限元分析,不断的优化定子的结构以及尺寸参数,最后得到一个合理的设计结果并通过谐响应分析算出定子振动幅值。接着对整个电机的结构,包括外壳、转子、底座等零件以及驱动电路部分做了系统的设计。转子的设计过程需要通过有限元分析不断优化,最后得到柔性设计结果。并对电机设计加工完成后的实验工作做了一些分析研究。
最后对全文做了总结,简要介绍了本文的贡献以及下一步的研究方向。