[发明专利]一种超声电机性能可调的多重激励方法

说明书

本发明公开了一种超声电机性能可调的多重激励方法，包括定子、转子，所述定子为中空、对称结构，由外壁被切割成八个面的金属基体管和两组粘贴在所述金属基体的外表面上的压电陶瓷片复合而成；所述压电陶瓷片表面镀有沿厚度方向均匀分布的电极；所述定子工作在共振状态，其工作模态为两个在空间上有一定夹角的二阶面内弯曲振动模态。该电机具有厚度薄、预压力机构简单、压电陶瓷易加工、成本低、可控性好、输出位移大、驱动电压低、易于实现整机微型化等特点，特别适合于薄型化和微型化的特殊使用场合，如：生物、医疗、微机械、自动控制、光学镜头、机器人和航空航天国防科技等领域。

技术领域

本发明涉及超声电机控制领域，具体涉及一种超声电机性能可调的多重激励方法。

背景技术

由于超声电机具有结构紧凑、易于加工、成本低、模态激励简单、易于微型化和能量密度大等特点，在精密驱动和半导体工业等领域均已得到了广泛应用。但超声电机通常只有一种激励方式，激励方式单一，因此，电机一旦加工完成之后，其输出性能固定，不易调节和改进，并且电机的工作模态在使用过程中固定、不可更改。为此，本发明提出一种超声电机性能可调的多重激励方法，使得每种激励方法下电机的输出性能不同，同时，在电机的使用过程中，还可以根据不同的性能需求选择合适的振动模态，使得电机的工作模态可选，从而使得电机的适用范围广泛，可根据实际的性能需求选择合适的激励方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于研制一种超声电机性能可调的多重激励方法，以满足不同的应用要求。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种超声电机性能可调的多重激励方法，其特征在于：所述多重激励方法包括以下步骤：

步骤一：通过有限元软件ANSYS对初步确定的电机结构进行模态仿真，以优化电机的结构尺寸，并确定电机正常工作能选择的共振模态；

步骤二：通过有限元软件ANSYS，根据步骤一确定的电机尺寸进行谐响应仿真，得到电机所有可用的激励方法以及在各种激励方式下电机驱动点的输出位移；

步骤三：将电机中的各个激励元件中的每一个激励部件都分成多个分区，以进一步实现电机性能的可调，并得到每一个激励部件在不同分区施加激励电压时，电机驱动点的输出位移；

步骤四：根据步骤二和步骤三的结果，建立不同激励方式与电机驱动点的输出位移的关系；

步骤五：根据步骤一到步骤四的仿真结果，加工样机，并对样机进行实验，验证步骤四得到的不同激励方式与电机驱动点的输出位移的关系；

步骤六：在样机的驱动控制系统中储存步骤五得到的不同激励方式与电机驱动点的输出位移的关系，以根据实际的应用需求选择合适的激励方式。

进一步为：所述步骤二中的电机包括两组压电激励元件，所述激励方法包括单相激励方式和双相激励方式。

进一步为：所述单相激励方式包括在任意一组压电激励元件的第一陶瓷片上施加正弦激励电压；或者在任意一组压电激励元件的第二陶瓷片上施加正弦激励电压；或者在两组压电激励元件的第一陶瓷片上施加正弦激励电压；或者在两组压电激励元件的第二陶瓷片上施加正弦激励电压；或者在任意三片压电陶瓷片上同时施加单相激励电压。

进一步为：所述双相激励方式包括在任意一组压电陶瓷片上施加两相相位差为90度的正弦激励电压和在两组压电陶瓷片上同时施加两相相位差为90度的正弦激励电压。

进一步为：所述电机的定子包括外壁被切割成八个面的金属基体管和两组粘贴在所述金属基体的外表面上的压电陶瓷片复合而成，所述压电陶瓷片的极化方向被设置为沿着定子金属基体管的外法线方向；

所述压电陶瓷片表面镀有沿厚度方向均匀分布的电极，并且金属基体表面粘贴的压电陶瓷片均有多个分区，以进一步实现电机性能的可调。