[发明专利]一种调节超声电机两相模态频率差和转向的方法

说明书

本发明公开了一种调节超声电机两相模态频率差和转向的方法，属于超声电机技术领域。在电机定子上集成有铁磁功能性材料时，可以通过外加磁场，改变电机定子的杨氏模量及重心，从而实现调节超声电机两相模态频率差和转向的目的。该方法有助于改善双模态超声电机因加工误差、材料不均匀，以及温度、预压力和负载等参数变化引起的两相工作模态的共振频率差增大的问题，对于提高超声电机的效率，改善电机的性能有明显作用。同时，该方法还能够克服单相激励型超声电机存在的转向不可调的问题，有助于提高超声电机的分辨率，促进其在紧密驱动领域的应用。

技术领域

本发明涉及的是一种调节超声电机频率和转向的方法，属于超声电机技术领域。

背景技术

超声电机是一个典型的机电一体化产品，由电机本体和控制驱动电路两部分组成。产品涉及到振动学、波动学、材料学、摩擦学、电子科学、计算技术和实验技术等多个领域。

超声电机利用压电材料的逆压电效应实现将输入的电能转化为定子的微观振动能，再通过定、转子之间的摩擦耦合作用将定子的振动能转换为转子的宏观能量输出。与电磁电机相比，压电电机具有结构紧凑、能量密度大、无电磁干扰和可直接驱动等特点，并且电机的设计灵活、结构形式多样、更易于微型化。

对基于两相模态的超声电机而言，由于超声电机需要工作在共振状态，因此通常需要通过调节电机定子的尺寸、开槽和增加附加质量等方式实现两工作模态共振频率一致性的问题。但是，在实际的加工过程中，由于加工误差和材料不均匀等缺陷，往往会造成加工好的电机定子存在两相模态频率不一致的问题。另外，预压力、温度和负载等外部条件的变化等也会使得电机工作过程中定子两相模态频率之间的差值变大，从而使电机的转速迅速减小甚至停转，电机性能迅速降低。

另外，通常超声电机由两相激励电压激励，并通过调节两相激励电压之间的相位差，改变电机的转向。因此，对单相激励型超声电机而言，电机存在着转向不可调的问题。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明提供一种调节超声电机两相模态频率差和转向的方法，该方法有助于改善双模态超声电机因加工误差、材料不均匀，以及温度、预压力和负载等参数变化引起的两相工作模态的共振频率差增大的问题，对于提高超声电机的效率，改善电机的性能有明显作用。

本发明按以下技术方案实现：

一种调节超声电机两相模态频率差和转向的方法，在电机定子上集成有铁磁功能性材料时，通过外加磁场，改变电机定子的杨氏模量及重心，从而实现调节超声电机两相模态频率差和转向的目的。

优选的是，在纵弯复合模态的超声电机定子上设有铁磁功能性材料，通过外加磁场，改变整个复合型定子的杨氏模量及重心，进而使得定子所选的工作模态的共振频率发生变化。

优选的是，定子由激励振动的压电陶瓷片和频率调节元件磁致伸缩材料板复合而成；四片压电陶瓷分别对称粘接在磁致伸缩材料板的一侧，定子中心开有驱动孔，驱动孔一边倒圆，为一锥形驱动表面，用以驱动转子；转子被弹性结构压紧在定子驱动孔的驱动表面上，并与转轴同步旋转，使得定子能通过摩擦作用驱动转子旋转，并通过轴输出运动和力矩。

优选的是，定子中的磁致伸缩材料板沿长度方向磁化，定子中的压电陶瓷片沿厚度方向极化，对角线上的压电陶瓷片极化方向相反，相邻的两片压电陶瓷的极化方向相同，并且在压电陶瓷片的上、下表面镀有均匀分布的电极；定子的工作模态为一阶纵振模态和二阶弯曲模态的复合模态。

优选的是，在单相激励型超声电机定子上设有铁磁功能性材料，通过外加磁场，改变整个复合型定子的杨氏模量及重心，进而改变单相激励型超声电机的转向。