环形行波超声电机非工作模态的影响及检测

陆旦宏, 陈柄汛, 刘星伟, 林秋香, 蒋春容, 胡 霞

(1.南京工程学院电力工程学院， 南京 211167； 2.国家电网泰州供电公司， 泰州 225300)

超声波电机是利用弹性体谐振工作的一种致动器，其利用压电陶瓷逆压电效应进行激振，具有体积小、低速转矩大、无电磁干扰等优点[1]。研究对象为环形行波超声电机(ring-type traveling wave ultrasonic motor，RTWUSM)，其工作原理是将频率接近定子工作模态频率的交流电源作为电机的电源，通过逆压电效应，产生相同频率、不同相位的驻波，从而叠加成行波，再由定子与转子之间的摩擦驱动转子运动。

因此，建立定转子接触模型是RTWUSM分析的关键。目前，许多学者对RTWUSM的摩擦传动模型进行了分析，并取得了一些研究成果。Garcia-Rochin等[2]基于干摩擦驱动原理提出了一种具有死区效应的行波型超声波电机二阶模型，其将定子抽象为速度源，对死区进行了动态描述。基于干摩擦驱动原理，Kühne等[3]提出了一种具有死区效应的行波型超声马达二阶模型，将定子抽象为速度源，对死区进行了动态描述。Jiang等[4]对应用在相机自动调焦系统中的RTWUSM进行了建模分析，分析中使用有限元法计算定转子间的接触应力，并考虑了黏滑效应最终得到RTWUSM的接触模型。该建模方案中认为滑动摩擦系数是与速度有关的变量。因为摩擦系数不同应力分布也不同，因此该模型较为精确。徐志科[5]研究了含有齿槽结构定子的RTWUSM接触模型的仿真分析，并将摩擦材料的受力方程与转矩平衡方程相结合，建立了基于二维线性接触的仿真模型，该模型发现了齿对电机振动的放大作用。……