能量回饋型超聲波電機的關鍵技術與實驗研究.pdf

1、超聲波電機是一種基于振動和摩擦驅動的微型特種電機，具有低速大扭矩、結構緊湊和快速響應能力等優(yōu)點，廣泛應用于微衛(wèi)星和微型機器人的驅動組件中。各個國家都在研究超聲波電動機，類型也在不斷擴展，用途也越來越廣泛，如直線型、多個自由度、非接觸型等不同類型超聲波電動機在廣泛開發(fā)應用，大大提高了超聲波電動機適應各種環(huán)境的能力與生命周期。超聲波電機目前主要是提供輸出力或力矩，對被控對象（如機器人）進行驅動或定位作用。而在一些極端環(huán)境（如封閉的有毒有害容

2、器、高低溫等）中工作的微型機器人，其供電是一個不容忽視的問題，本文提出了一種能量回饋型超聲波電機，它既有精密驅動和定位功能，又有獲取電機在運行過程中的振動能量的作用，并將其轉化成電能給微電子器件供電。本論文主要從結構分析、理論建模、接口電路和實驗研究等關鍵技術來研究能量回饋型超聲波電機，具體研究內(nèi)容包括:
　　1.設計能量回饋型超聲波電動機的主體結構，采用ANSYS分析軟件對電機關鍵部件:定子和定、轉子接觸進行實體建模，分析定子模

3、態(tài)、諧響應特性和瞬態(tài)特性，并對定子結構進行優(yōu)化，得到最優(yōu)的定子結構尺寸，為能量回饋型超聲電動機的樣機制作奠定基礎。
　　2.利用Hamilton原理、赫茲接觸理論和庫倫摩擦模型建立了電機機械特性動力學模型，仿真分析了負載轉矩、振動幅值、預壓力、接觸半徑、及頻率等對電機械輸出特性的影響。
　　3.以機械特性動力學模型為基礎，采用鐵木辛哥梁彎曲振動理論創(chuàng)建了電動機振動能量采集和轉換的數(shù)學模型，仿真分析了激勵電壓幅值及頻率等對采集