超声波电机(Ultrasonic Motor,简称USM)是近二十年来迅速发展起来的一种新型电机,它不仅从机理上突破了传统的电磁感应原理,而且还以其独特的性能特点弥补了传统电磁电机的不足,使得它在微特电机领域内取得了一席之地。其显著的特点是低转速、大力矩、可用于直接驱动、快速响应、结构简单、电磁兼容性好并具有断电自锁等功能。但是由于其发展历史较短,涉及的领域较多,目前尚未形成一套完整的理论体系。 超声波电机形式多样,其中环状行波型超声波电机的设计理论相对比较完善,已经产业化。但是对其瞬态特性的研究尚处于起步阶段,这种状况极大的限制了行波型超声波电机应用水平的提高和应用领域的拓展。 本文开展的研究工作和取得的成果如下: 1.论述了国内外超声波电机的原理和发展历史情况,概括出超声波电机的特点和国外超声波电机的应用情况,并就行波型超声波电机接触面和瞬态特性的研究进展,结合课题,陈述了本论文的选题意义及研究内容。 2.建立了行波型超声波电机定、转子接触面在不同的简化假设和不同的摩擦模型条件下的数学模型,并分别分析了不同条件下电机输出力矩特性 3.介绍了超声波电机瞬态特性测试系统的设计原则、总体结构,重点介绍了测试系统硬件的各个组成部分以及软件各个模块的功能和实现过程,特别对光电编码器的测速方法作了详细说明。 4.分析了行波型超声波电机起动、关断等瞬态过程,对问题进行了简化。引入了基于弹性联轴的超声波电机瞬态特性测试系统的动力学模型及微分方程,并获得了方程的解析解,得到了理论上的行波型超声波电机起动、关断的瞬态特性。使用MATLAB软件对理论分析得到的瞬态特性进行仿真,获得了瞬态特性的仿真曲线。最后对直径60mm行波型超声波电机进行了瞬态特性测试,并将测试结果与仿真获得的瞬态特性进行比较,验证了基于弹性联轴环节的测试系统动力学模型的正确性和有效性。