環形超聲波電動機制作過程中的幾點分析
王志良1，孫思先1，顧 新1，范國偉2
（1．北京科技大學，北京100083；2．華東冶金學院，安徽馬鞍山 243002）
摘要：分析了環形超聲波電動機制作中的定轉子接觸過程、壓電陶瓷片的振幅與驅動源的關系、復合梁中性面的位置以及定子開槽對齒端面與中性面距離的影響等，并給出了相應的結論。
關鍵詞：超聲波電動機電機制造；理論分析
中圖分類號：tm301 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)01-0014-03
1 引 言
超聲波電動機是近年出現的一種新型微特電機，它的生產制作及理論基礎都還處于初始階段。本文從環形超聲波電動機制作過程出發，分析定轉子接觸、壓電陶瓷片的振幅與驅動源的關系、復合梁中性面的位置以及定子開槽對齒端面與中性面距離的影響等，并給出了相應的結論。
2 幾點分析
2.1定轉子接觸過程
假設定、轉子齒端質點作橢圓運動，齒端面和摩擦材料接觸無滑動，則可以得到圖1所示的超聲波電機定轉子等效接觸圖。定轉子以角θ1相接觸，以角θ2相脫離，接觸過程角φ=θ1-θ2以圖1中的o點為原點，則橢圓方程如下：
則移動體受到的水平推為為：
由式(2)可知，在一定范圍內，移動體所受的推力隨著接觸角的增大而減小。
接觸角對轉子轉速的影響，由圖1和式(1)可得，a點到b點的水平位移（工軸向），而a點到b點所需的時間為t，t為橢圓的旋轉周期，也是驅動電壓的周期。轉子的轉速可表示如下：
當θ=π/2時，由方程(1)可得：
由式(2)、(3)、(4)可以得出電機的水平推力、轉速與接觸角的關系曲線，如圖2所示。
由圖2可知，電機的水平推力隨接觸角的增大而減小，而電機的轉速隨接觸角的增大而增大。在外部條件確定后，總是希望電機有較大的輸出功率。功率p=f．v，由圖2可知，f、y隨θ的變化是反方向的。所以，要取得****的功率輸出，必須選擇好合適的接觸角。由式(2)和(3)可得：
由式(5)可得到p隨口的變化曲線，如圖3所示
2. 2壓電陶瓷片的振幅與驅動電源的關系
當強迫振動的電源頻率等于振動體的固有頻率時，則發生諧振。此時振動體的振幅****。圖4所示為壓電陶瓷片的振幅與頻卒的關系曲線。
由圖4可知，當驅動頻率接近壓電陶瓷的固有頻率時，振動幅值急劇增加，而電機的輸出功率正比于壓電陶瓷片振幅的平方。因此，使驅動頻率等于超聲波電機的固有頻率是設計和調試電機過程中最基本的一點。
從電氣原理上對諧振進一步進行分析，交流驅動電壓施加在壓電片上，由于逆壓電效應使壓電片產生應變，激發起振子的機械振動；振子的機械振動又通過正壓電效應產生電流，并反饋回電源。驅動電流和反饋電流之間存在著一定的電角度， |
