环形超声波电动机制作过程中的几点分析
王志良1，孙思先1，顾 新1，范国伟2
（1．北京科技大学，北京100083；2．华东冶金学院，安徽马鞍山 243002）
摘要：分析了环形超声波电动机制作中的定转子接触过程、压电陶瓷片的振幅与驱动源的关系、复合梁中性面的位置以及定子开槽对齿端面与中性面距离的影响等，并给出了相应的结论。
关键词：超声波电动机电机制造；理论分析
中图分类号：tm301 文献标识码：a 文章编号：1001-6848(2000)01-0014-03
1 引 言
超声波电动机是近年出现的一种新型微特电机，它的生产制作及理论基础都还处于初始阶段。本文从环形超声波电动机制作过程出发，分析定转子接触、压电陶瓷片的振幅与驱动源的关系、复合梁中性面的位置以及定子开槽对齿端面与中性面距离的影响等，并给出了相应的结论。
2 几点分析
2.1定转子接触过程
假设定、转子齿端质点作椭圆运动，齿端面和摩擦材料接触无滑动，则可以得到图1所示的超声波电机定转子等效接触图。定转子以角θ1相接触，以角θ2相脱离，接触过程角φ=θ1-θ2以图1中的o点为原点，则椭圆方程如下：
则移动体受到的水平推为为：
由式(2)可知，在一定范围内，移动体所受的推力随着接触角的增大而减小。
接触角对转子转速的影响，由图1和式(1)可得，a点到b点的水平位移（工轴向），而a点到b点所需的时间为t，t为椭圆的旋转周期，也是驱动电压的周期。转子的转速可表示如下：
当θ=π/2时，由方程(1)可得：
由式(2)、(3)、(4)可以得出电机的水平推力、转速与接触角的关系曲线，如图2所示。
由图2可知，电机的水平推力随接触角的增大而减小，而电机的转速随接触角的增大而增大。在外部条件确定后，总是希望电机有较大的输出功率。功率p=f．v，由图2可知，f、y随θ的变化是反方向的。所以，要取得****的功率输出，必须选择好合适的接触角。由式(2)和(3)可得：
由式(5)可得到p随口的变化曲线，如图3所示
2. 2压电陶瓷片的振幅与驱动电源的关系
当强迫振动的电源频率等于振动体的固有频率时，则发生谐振。此时振动体的振幅****。图4所示为压电陶瓷片的振幅与频卒的关系曲线。
由图4可知，当驱动频率接近压电陶瓷的固有频率时，振动幅值急剧增加，而电机的输出功率正比于压电陶瓷片振幅的平方。因此，使驱动频率等于超声波电机的固有频率是设计和调试电机过程中最基本的一点。
从电气原理上对谐振进一步进行分析，交流驱动电压施加在压电片上，由于逆压电效应使压电片产生应变，激发起振子的机械振动；振子的机械振动又通过正压电效应产生电流，并反馈回电源。驱动电流和反馈电流之间存在着一定的电角度， |
