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超声波电机(Ultrasonic Motor,简称USM)是一种全新原理的直接驱动电机,其利用压电陶瓷的逆压电效应,将弹性材料(定子)的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转化为转子或滑快的宏观运动。超声波电机出现以来,由于其独特的运行机理及广阔的应用前景,很快成为当前机电控制领域的一个研究热点。
多定子同步驱动超声波电动机的原理同样是利用压电陶瓷的逆压电效应,在滑块两侧或沿转子圆周方向配置多个定子,同步驱动滑块或转子,以实现较大的输出力或力矩。多定子超声波电机的同步驱动在保持原有的优点外实现大推力(转矩),提高可靠性。本文总结了多定子超声波电机驱动系统的特点,并以两个定子的超声波电机为例,设计了一种可调频、调相、调幅的驱动电路,并通过实验以实现两定子的同步驱动。本文主要研究内容如下:
总结了超声波电机特点与分类、国内外的发展及应用,特别是驱动技术的研究现状和发展,展示了超声波电机的卓越特性及广阔的应用前景。在论述压电效应及超声波电机的核心元件一压电陶瓷的基础上,对多定子行波型超声波电机的调速机理及驱动原理进行了分析,归纳总结了多定子同步驱动电路特点。根据对多定子同步驱动电路的要求,以两个定子为例,采用DSP芯片为驱动控制平台,结合软硬件电路设计研究了超声波电机同步驱动电路。主要对满足要求的PWM信号的产生、隔离电路、集成驱动电路、逆变主回路、高频变压器、负载匹配电路进行了系统的研究。开发出了适于多定子同步驱动,且满足了影响超声波电机运行速度的三个因素一驱动频率、驱动电压及两相驱动相位差的可调的驱动电路。实现了超声波电机多定子同步驱动电路,并为后续测控系统搭建了平台。