超声波电机驱动研究

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超声电机的驱动系统

三超声电机的驱动电路
如图3，电路主要包含四部分模块: 1，信号的产生 2，信号的放大
3，功率的移相
4，信号的输出
1，信号的产生
是由L1,L2和C5组成的振荡回路产生。
2，信号的放大
是由一个反馈从放大器的集电极通过一个电容 C2接回LC振荡回路实现的，经过放大后输出单相电路，如图4所示。
超声电机是利用逆压电效应,逆压电效应是在压电材料的相应部位间加上电压,产生一定的电荷分布,材料会发生相应的形变, 在此种压电材料上加上某种特定频率的交变正弦信号,材料就会产生随所加电压的变化规律而变化的机械形变,这种机械形变推动周围介质振动,产生疏密相间的机械波. 如果其振动频率在超声范围,这种机械波就叫超声波。
3，信号的移相
将振,对输入信号产生了 180度的移相,从而我们得到了两路电压峰峰值相等,相位相差的信号,如图5. NPN共射晶体管Q6和其他相关元件实现。
4，信号的输出
振荡电路信号正振荡电路产生的初始信号为了得到电压峰峰值比较高的超声信号,需要使用了所谓推挽式的逆变电路,即图3中由4对大功率的达林顿管 Q2、Q3、Q4、Q5组成2组信放大电路 (Q2和Q5一组,Q3和Q4一组).将前面所得到的2路相差为180度的信号用来控制这两组信号放大电路的导通和关断. 因此当Q2和Q5导通,Q3和Q4关断时输出交流电压的正半周;当Q3和Q4关断Q2和 Q5导通时输出交流电压的负半周所以 Q2、Q5和Q3、Q4轮流导通时,在小型升压变压器两端就可以得到交流电压信号(图6).
一超声电机的动力
超声电机不像传统的电机那样，利用电磁的交叉力来获得其运动和力矩。超声电机则是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的，将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。在这种新型电机中，压电陶瓷材料盘代替了许许多多的铜线圈。

基于谐振升压的超声波电动机驱动系统研究

ｔｒ－ｆｏＳＥｅｅｇ－ｓｓｏｅｎｅｅｓｄｕｉｇｔｅｉｄｃｏ．ｔｍａｅｉｕｔｏｋｉｈｅｏａｔｓｔ．ｎｏｄｒｕｎｏｆＭＯＦＴ，ｎｒｙｗａｔｒｄａｄｒｌａｅｓｈｕｔｒＩｎｎｋｓｃｒｉｗｒｎｔｅｒｓｎｎｔｅＩｒｅｃａｔｅｔｎｈｏｋｎｆ，ｏｉｒｖｈｎｒｙｅｆｉｎｙ，ｎｏｒｄｃｈｐｎｎｏｓａｔｃｎｌｇａｄＺｒ－ｌｏｘｅｄｔｅｗｒｉｇｌｅｔｍｐｏｅｔｅｅｅｇｆｃｅｃａｄｔｅｕｅｔｅｏｅｉｇｌｓ，ｅｈｏｏｙｎｍｅｅｏＶｏｔｉｉ —
（ｏｔｅｓＵｉｒｔ，ａｊｇ２９，ｈｎ）ＳｕｈａｔＡｓｔｅｒｑｉｍｅｔｏｏａｔｓｚｆｔｅｕｔａｏｉｔｒｄｉｅ，ｅｏａｃｔｐｕｉｕｔｆｒｔｅｄｉｅｓｒｃ：ｈｅｕｒｎｆｍｐｃｉｅｏｈｌｓｎｃｍｏｏｒｖｒａｒｓｎｎｅｓｅ－ｐｃｒｉｏｈｒｅｃｒｃｖ
０引
言
１方案设计
整个超声波电动机的驱动系统结构如图１所示，系统由三个部分构成：一是控制系统；是主电二路升压逆变电路；是整个电路的电源系统。三
超声波电动机需要高频电压来驱动，实现的方
法大致有两类：一类是利用开关电源技术，由逆变来

超声波电机的研究1

负载
项目实施方案、预期目标及经费预算

超声波电机的发展背景
20世纪年代世纪60年代世纪年代——超声电机的提出阶段超声电机的提出阶段苏联 1964年，在基辅学院有学者提出超声电机的理论模型，自此超声电机的研究工作宣告开始。
60年代末年代末~70年代末年代末——超声电机的初级发展阶段年代末年代末超声电机的初级发展阶段

优良的控制性能
电机运动部件（转子）惯性小，响应快（毫秒级）控制性能良好。
250 位 200 移 150 100
电动电动
电动
动动
电性的
/mm
50 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 响应 /s

LOGO
超声波电机的研究与设计
——秦波，王一，吴茂昌

申请理由
秦波, 获三等奖学金两次，参加过基础学院组织的CAD建模培训，参加学院组织的新思路科技创新比赛之旋转小车并获一等奖，步行机器人培训及丛德宏老师指导的机器人竞赛选修课，参加了机械创新大赛。
王一，二等奖学金三次，沈阳机床奖学金一次。参加过基础学院CAD 建模培训及比赛，计算机竞赛（三等奖），新思路科技创新比赛之旋转小车并获一等奖，也参加过机器人培训及丛德宏老师指导的机器人竞赛选修课。精通AutoCAD，擅长编程，了解Solidworks，Matlab及 anysis有限元分析。
驱动超声波电机需要对定子上的压电陶瓷元件施加一定功率的电信号,驱动器的优劣关系到超声波电机的输出性能和应用
第三阶段
超声波电机驱动方式的设计
采用有限元法对定子与转子动力特性进行分析,建立定子的机电耦合模型,借此再结合 Matlab进行结构的优化设计

一种超声波电机驱动电源的研究

频率范围内的机械振动（率 ≥ ２Ｈｚ，后将定频０ｋ）然子的微观变形通过摩擦耦合放大为动子的宏观运动。超声电机具有运行无噪音、功率密度、大不受磁
场干扰、可断电自锁等特点，因此自问世以来发展迅速。目前它已被成功应用于航空航天、微机电系统、
（．ＩｓｉｔｆＥｅｔｃｌＥｇｎｅｉｇＣｉｅｅＡｃｄｍｙｏｃｎｅ，Ｂｉｎ０００ｈｎ；１ｎｔｕｅｏｌｒａｎｉｅｒ，ｈｎｓａｅｆｉｃｓｅｊｇ１０８，ＣｉａｔｃｉｎＳｅｉ２ＧｒｄａｅＵｎｖｒｉｆｈｎｓａｅｆＳｉｎｅ，Ｂｉｎ００９Ｃｈｎ）．ａｕｔｉｅｓｙｏｉｅｅＡｃｄｍｙｏｃｅｃｓｅｉｇ１０４，ｉａｔＣｊＡｂｔａｔＴｈｓｐｐｒｐｅｅｔｈｒｖｎｒｎｉｌｆｕｔａｏｉｍｏｏ，ｗｉｈｔｅｄｓｇｆｄｉｉｇｐｗｅａｅｓｒｃ：ｉａｅｒｓｎｓｔｅｄｉｉｇｐｉｃｐｅｏｌｒｓｎｃｔｒｔｈｅｉｎｏｒｎｏｒｂｓｄｖｏｔＴｏｔｉｐｗｅ，ｅｐｃａｌｏｆｅｕｎｙｄｖｓｏｎｉ．ｈｓｏｒｓｅｉｌｔｒｑｅｃ－ｉｉｉｎ，ｐａｅｓｉｔｎｏｒｍａｎｆａｉｎ，ｔｅａｔｌｎｌｚｓｔｅｙｈｓ－ｈｆｄｐｗｅ－ｇｉｉｔａｃｏｈｒｉｅａａｙｅｈｃｃｒｕｔｏｈｓｐｗｅｎｄｔｉＡｔｌｓ，ａｅｇｖｎｅｐｒｅｔｌｒｓｌｓｗｈｃｏｎｕｕｔｅｅｅｒｈｄｒｃｉｎｏｉｃｉｆｔｉｏｒｉｅａｌ．ａｔｒｉｅｘｅｉｎａｅｕｔｉｈｐｉｔｏｔｆｒｈｒｒｓａｃｉｅｔｆｍｏ

行波型超声波电机及其研究

行波型超声波电机及其研究超声波电机是一种新型的电机，它利用超声波的振动来驱动机械运动，具有高效率、高精度、低噪声等优点，成为了近年来研究的热点之一。

行波型超声波电机是其中的一种，其特点是具有较大的运动范围和较高的速度，而且可以实现线性和旋转运动，因此在机器人、精密加工、医疗设备等领域有广泛的应用前景。

一、行波型超声波电机的工作原理行波型超声波电机由振荡器、行波器和负载组成。

振荡器产生高频的电信号，通过行波器将电信号转换成超声波，超声波作用于负载上，使其产生机械运动。

行波器是行波型超声波电机的核心部件，它将电信号转换成超声波，并将超声波传递到负载上，其结构如图1所示。

图1 行波器的结构行波器由压电陶瓷片和金属板组成，压电陶瓷片是电能和机械能转换的元件，当施加电场时，压电陶瓷片会发生形变，产生超声波。

金属板是行波器的传导部分，它将超声波从压电陶瓷片传递到负载上。

行波器的工作原理是利用压电效应和声波在介质中的传播特性，将电信号转换成超声波，并将超声波传递到负载上，从而实现机械运动。

二、行波型超声波电机的优点1. 高效率行波型超声波电机的效率比传统电机高，因为它不需要机械传动，直接利用超声波的振动来驱动机械运动。

在高速运动时，行波型超声波电机的效率更高，可以达到90%以上。

2. 高精度行波型超声波电机的精度很高，因为它可以实现微小的运动，且不会受到机械传动误差的影响。

在精密加工、医疗设备等领域有广泛的应用。

3. 低噪声行波型超声波电机的噪声很低，因为它不需要机械传动，避免了机械传动带来的噪声。

在医疗设备、音响设备等领域有广泛的应用。

4. 大运动范围行波型超声波电机的运动范围可以很大，可以实现线性和旋转运动，且速度较快。

在机器人等领域有广泛的应用。

三、行波型超声波电机的应用1. 机器人行波型超声波电机可以实现线性和旋转运动，且速度较快，因此在机器人的关节上有广泛的应用。

行波型超声波电机还可以用于机器人的手臂、爪子等部件，实现精密的抓取和放置。

微型超声电机驱动及其优化研究

ＡｂｔａｔＩｒｅｒｅａｍｎｔｅｕｔｓｎｃｍｔ（Ｓ，ａｄｒｃｃｒｎｏｓｒｗｓｄｓｎｄｓｒｃ：ｏｄｒｏｄｉｉｉｐｌａｏｉｏｏＵＭ）ｉｔｕｒｔＢｏｔａｅｉｅ，ｎｔｖｙｒｒｅｅｅｇ
ＲｅｅｒｈｏｉｒｄｒｖｒａｄｉｐｉｉａｉｎｆｒｍｉｉｙｅＵＳｓａｃｎｍｃｏ・ｉｅｎｔｏｔｍｚｔｏｏｎｔｐＭｓ
ＰＡＮｏｇ，ＬＩＨｕ —ｅｇ，ＳｎａｆｎＨＵＡＮＧｅ — ｉｇＷｉｑｎ
（ｒｃｉｎＤｉｎａｏａｒ，ａｊｇＵｉｅｓｙｏｅｏａｔｓａｄＡｔｎｕｉ，Ｎｎｉｇ１０６ＣｉａＰｅｉｏｒｉｇＬｂｒｔｙＮｎｎｎｖｒｉｆｒｎｕｉｎｓｏａｔｓａｊ０１，ｈ）ｓｖｏｉｔＡｃｒｃｎ２ｎ
５．％，高了驱动效率；所设计的优化后的驱动器用于某微小型超声电机，２２提将电机运转良好。
关键词：超声电机；电陶瓷；驱动器；型化；化压微优
中图分类号：Ｍ３；Ｎ７７２Ｔ２Ｔ８．文献标志码：Ａ文章编号：０７４９（０１０ — ０５４１０ — ４Ｘ２１）３０６ —０
动电路，分析了驱动电路电压波形参数对驱动性能的对所设计的电路进行仿真验证。针对电机驱动电路Ｘ作中的低效率。行优化设计，计专－－进设用放电回路，进行仿真和实验对比。实验结果发现优化后驱动电路消耗功率是优化前的并

一种旋转—直线运动的两自由度超声波电机的研究的开题报告

一种旋转—直线运动的两自由度超声波电机的研究的开题报告一、研究背景和意义目前，随着机器人、智能家居以及智能移动设备等领域的普及，超声波电机在自动化领域中逐渐成为了广泛应用的一种新型驱动技术。

与传统的电机相比，超声波电机具有转矩大、效率高、响应快、精度高等优势，并且具有低电磁干扰、体积小等特点。

在机器人、智能家居等自动化应用中，超声波电机的两自由度运动可以实现机构的多种复杂运动模式，使机器人的动作更加灵活且具有更高的准确性，因此超声波电机的研究和应用有着重要的意义。

二、研究目标本文的研究目标是设计一种具有旋转和直线运动两自由度的超声波电机，并探索其在自动化领域中的应用。

三、研究内容1. 超声波电机原理和分类学习，选定一种适合设计的超声波电机类型；2. 设计出一种具有旋转和直线运动两自由度的超声波电机，包括结构设计、动力学分析等；3. 制造并测试设计的超声波电机，并对其性能进行评估；4. 探索超声波电机在自动化领域中的应用，如机器人、智能家居等，并进行实验验证。

四、预期成果完成本研究后，预期可以得到以下成果：1. 设计出一种具有旋转和直线运动两自由度的超声波电机，并制造成功；2. 评估设计的超声波电机性能，并分析其优缺点；3. 探索超声波电机在自动化领域中的应用，并进行实验验证。

五、研究方法本文将采取以下研究方法：1. 理论学习，学习超声波电机原理、分类和应用等相关知识；2. 结合已有研究成果和实际需求，选定一种适合自动化领域的超声波电机类型，并进行结构设计、动力学分析、特性参数计算等工作；3. 制造出设计的超声波电机，并进行性能测试和评估；4. 探索超声波电机在自动化领域中的应用，并进行实验验证。

六、研究计划本研究计划总共耗时12个月，具体安排如下：第1-3个月：学习超声波电机相关知识，选定研究方向。

第4-6个月：进行超声波电机结构设计，包括动力学分析、特性参数计算等。

第7-9个月：制造设计的超声波电机，并进行性能测试和评估。

超声波电机谐振驱动电路仿真与实验研究

中图分类号：Ｔ５．Ｍ３９９文献标志码：Ａ文章编号：１０．８８２１１３０４ —３０１６４（０００ —０５０
ＲｅｅｃｎｓｎｎｔＤｒｖｒｕｔＳｍｕａｉｎａｐｅｉｎｏｔａｏｃＭｏｏｓａｒｈｏＲｅｏａｉｅＣｉｃｉｉｌｔｏｎｄＥｘｒｍｅｆｕｌｒｓｎｉｔｒ
Ｋｅｏｄｓ：Ｕｌｒｓｎｃｍｏｏ；ＬＣｒｓｎｎｅ；ＤｒｖｒｕｔｙＷｒｔａｏｉｔｒｅｏａｃｉｅＣｉｃｉ
０引言
目前，超声波电机驱动控制器的体积较大，
在一些应用中受到很大的限制。文献［］１根据电机的容性负载特性，通过简化超声波电机的等效电路，提出了利用ＬＣ谐振的无变压器式驱动电路，
振升压的无变压器式驱动电路。文章提出了固定所有电路参数，只改变驱动信号频率、占空比和谐振周波数的方法，实现对超声波电机的驱动控制。以ＵＲ０为研究对象，对此方法进行实验验证，并为Ｓ３进一步有效地驱动控制电机提供可靠的依据。
关键词：超声波电动机；ＬＣ谐振；驱动电路
ＺＨＡＮＲｕ，ＳｉｇｚｕＧｉＨＩＪｎ —ｈｏ，ＬＵＺａ — ｕＩｈｏｋｉ
（ｅａｎｖｒｔｏｃｎｅａｄＴｃｎｌｙｕＹｎ７３，ＣｉａＨｎｎＵｉｓｙｆｉｃｎｅｈｏｏ，Ｌｏａｇ４０ｅｉＳｅｇ１０ｈｎ）

超声波电机推挽式驱动电路研究

电气传动２１００年第４０卷第２期
பைடு நூலகம்
ＥＥＴ１ＲＶ２１Ｖ１４Ｎ．ＬＣＲＣＤＩＥ０Ｏｏ．０ｏ２
超声波电机推挽式驱动电路研究
张文字李弘炬王秀玲。，，（．辽宁科技大学软件学院，宁鞍山１４５；１辽１０１２．西门子（中国）限公司，京１００；有北０１２
ｔｆｐｅｏｃｙｔｌｘｅｔｆｅｔｆｈｎｕｔｎｅｓｒｅｏｅｓｔｎｉｎｔｅｓＯｂｂａｎｄｙｏｉｚ — ｒｓａ，ｅｐｃｆｃｅｉｄｃａｃｅｉｓｃｍｐｎａｉｓｏａｙｔｅｏｔｉｅ．Ｂｓｄｏｈｅｏｔｏａｅｎｔｅ
ｓｕｉｄＤｅｉｎｐｉｃｐｅｏｈｎｕｔｎｅｓｒｅｏｅｓｔｎｃｒｕｔｗａｉｅｕｎｈａｉｎｌｙｏａｔｄｅ．ｓｇｒｎｉｌｆｔｅｉｄｃａｃｅｉｓｃｍｐｎａｉｉｉｏｃｓｇｖｎｏｔａｄｔｅｒｔａｉｆｃ — ｏｔｐｃｔｅｃｍｐｎａｉｎｗａｌｏｉｄｃｔｄａｉｉｏｅｓｔｏｓａｓｎｉａｅ．Ｔｈｐｒｔｎｉｅａｌｎｗｈｃｈｕｈｐｌｃｎｅｔｒｉｕｅｎｕ — ｖｅｏｅａｉｄｔｉｉｉｈｔｅｐｓ — ｕｌｏｖｒｏｓｄｉｌｏｎｓｔａｏｉｍｏｏｒｖｓａａｙｅ．Ｔｈｎｌｓｓｗｉｅｐｔｋｉｈｅｉｎｏｈｏｖｒｏ，ａｄａｓｌｒｓｎｃｔｒｄｉｅｗａｎｌｚｄｅａａｙｉｌｈｌｏｍａｅｒｔｄｓｇｆｔｅｃｎｅｔｒｎｌｏｗｉｌｇｌｈｌＯｕｄｒｔｎｈｏ－ｉｅｒｔｆｕｔａｏｉｍｏｏｒｉｇｕｉｅｐｔｎｅｓａｄｔｅｎｎｌａｉｏｌｒｓｎｃｎｙｔｒｄｉｎｎｔｖ．Ｋｅｒｓｕｔａｏｉｔｒｒｉｇｃｒｕｔｅｉｓｃｍｐｎａｉｎ；ｐｓ — ｕｌｏｖｒｏｙｗｏｄ：ｌｓｎｃｍｏｏ；ｄｉｎｉｃｉ；ｓｒｏｒｖｅｅｓｔｏｕｈｐｌｃｎｅｔｒ

基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究

本文的主要内容如下：
系统总结了超声波电机的发展、特点、分类，通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景，指明了研究超声波电机的重要意义。在此基础上明确了本文的研究内容。
总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理，给出了超声波电机等效电路，并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。
ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｍｏｔｉｏｎａｎｄｆｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｓ．Ｆｏｒａｆｅｗｙｅａｒｓｎｏｗ，ｒｅｖｏｔｖｉｎｇｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒｓ
（ＵＳＭｓ），ｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒｔｈｏｓｅｅｍｐｌｏｙｉｎｇｒｏｔａｒｙｌｌａｖｅｌｉｎｇ－ｗａｖｅ咖ｐｅＵＳＭ。ｈａｖｅａｔｔｒａｃｔｅｄｓｐｅｃｉａｌｉｎｔｅｒｅｓｔａｓｄｉｒｅｃｔＭｒｉｖｅ－ｔｙｐｅａｃｔｕａｔｏｒｓｆｏｒｓｅｒｖｏ·ｓｙｓｔｅｍｓｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｓｕｍｅｒａｎｄａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
论文据交日期垫鲤垒墨县趋旦论文答辩日期＝＿呈鲤量生ｊＪＬ旦且
学位授尊单位．盏蠢盘．坚
咎辩委员会主席越垂煎攫． …
学位授手日期２００６生旦旦评州＾．基塞璧燕擐
、—主型匕煎量～
ｒ，＾一。。●
２１１０６年３月
摘要
超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。与传统的电磁马达相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多，是电磁电机的有力补充。目前，旋转型超声波电机，尤其是环形行波型超声波电机，在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。

基于BOOST和LCR阻尼振荡的超声波电机驱动系统研究

ＹＡＳｕ，ＪＮｏｇ，ＸＵＺｉｋ，ＨＵＭｉ —ｉｎＮｈｏＩＬｎｈ— ｅｎｑａｇ
（ｅｏＣｎｒｌｎｉｅｒｇＣｎｅｆｄｃｔｎＭｉｉｒ，ＳｒｏｔｇｅｎｅｔｒｕａｉｎｓｙｖｏＥｎｉｏＥｏｔＳｕｈａｔｎｖｒｔ，Ｎｎｉｇ１０６，ＣｉａｏｔｅｓＵｉｓｙａｊ０９ｅｉｎ２ｈｎ）
基于ＢＯＴ和ＬＲ阻尼振荡的超声波电机驱动系统研究闫ＯＳＣ
硕，等
基于ＢＯＴ和ＬＲ阻尼振荡的超声波电机驱动系统研究ＯＳＣ
闫
摘
硕，金
龙，徐志科，胡敏强
２０９）１０６
（东南大学伺服控制技术教育部工程研究中心，南京
ｔｋｈｓｗｏｐｒｓｗｏｋｃｏｄｎｔｄｙｔｅｃｈｅｉｎｒｑｉｅｎｆｆｅｕｎｅｎ —Ｐｏｕ－ｏｍａｅｔｏｅｔａｔｒｏｒｉａｅｌｏｒａｈｔｅｄｓｇｅｕｒｍｅｔｏｒｑｅｅａｄＰｆｏｔ
ｐｔｖｌａｅｕｏｔｇ．
Ｋｅｏｒｓ：ＵｌｒｓｎｉｔｒＢＯＯＳｙＷｄｔａｏｃｍｏｏ；Ｔ；ＬＲＣｄｍｐｄｏｃｌａｉｎａｅｓｉｔｌｏ
０引言
传统超声波驱动电路主要由两部分组成：一是由脉冲变压器和功率管组成的升压和逆变电路；
ｔｅｏｔｕｏｔｇｏｐｏｉｔｓｅｗｖ．ＴｅｐｏｅｉｆｕｒｉｇＯｔｕｏｔｇｈｕｄｂｅｅｔｄｈｕｐｔｌｅｔｒｘｍａｅｉａｅｖａｎｈｒｐｒｔｍｅｏｎｉｎＵｐｔｖｌｅｓｏｌｅｓｌｃｅｓａ

专用超声波电机驱动电路研究

专用超声波电机驱动电路研究专用超声波电机驱动电路研究分类号ＴＰ２７１．４—５３３（１）ＵＤＣ密级公开编号中国工程物理研究院专用超声波电机驱动电路研究指导教师姓名文贵印研究员申请学位级别工学硕士专业名称通信与信息系统论文提交日期２００５．３．１５论文答辩日期２００５．４．２８学位授予单位和日期中国工程物理研究院答辩委员会主席２００５年３月１５日专用超声波电机驱动电路研究摘要超声波电机（ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｏｔｏｒ简称ＵＳＭ）是一种新型的微特电机，有别于传统的电磁电机。

在本文引言中，说明了ＵＳＭ与传统电磁电机相比的主要优点、基本组成及应用前景，同时说明了开展专用ＵＳＭ的驱动电路研究工作的背景及主要工作内容，作者要完成设计、样品加工及应用三部分工作等，此论文就是这三部分研究工作的总结。

首先，根据对驱动电路的要求，结合国内外传统压电马达驱动电路的系统方案，设计出专用超声波电机的驱动电路的系统方案。

在本方案中增加了位置检测与归零单元，去掉了频率跟踪单元，采用ＤＳＰ作为控制单元，整合了电机驱动信号产生、电机选择与启动、位置检测信号处理和特殊信号译码等功能，有利于电路小型化和稳定性。

方案具有新颖和独特性。

其次，详细介绍了利用仿真与实际调试相结合的方法，完成了推挽逆变电路及升压脉冲变压器的工程设计和调试，着重解决了浪涌及功率开关管保护等问题，注意了变压器绕制工艺与漏感的关系。

采用ＤＳＰ芯片实现了多种控制和软、硬件结合，给出了用Ｃ语言编写的程序，重点解决了程序的调试与抗干扰问题。

采用独特的数字编码方法，实现了位置检测的结构设计，完成了性能初步调试以及与ＤＳＰ组成闭环系统，消除电机不断步进引起的空间位置上的积累误差，实现了电机步进误差归零的技术要求。

设计了电路工程板图，完成了样机两台的加工和调试工作，与超声波电机进行了匹配调试实验，重点解决了阻抗匹配问题，达到了驱动电路的设计指标，实现了设计、加工、匹配调试三部分工作的基本要求。

五相步进超声波电机驱动电源的研究

的基础上，提出了五相步进超声波电机的驱动控制要求，并给出了设计方案，对其中的主模块，如ＰＷＭ模块等进行了仿真分析，利用频域法对输出波形进行了分析。结果表明：该驱动电源可
以实现五相步进超声波电机的８０步步进运动和正反转控制等。该电路具有调试简便等特点，可
ＡＢＴＲＡＣＴ：Ａｄｖｎｎｏｔｏｌｇｓｕｃｏｖ — ｈｓｔｐｅｌａｏｉｔｒｈｓｂｅｓａ — Ｓｒｉｇａｄｃｎｒｌｎｏｒｅｆｒｆｅｐａｅｓｅｐｒｕｔｓｎｃｍｏｏａｅｎｅｔｂｉｉｉｒ
（．Ｄｐｒｅｔｆｌｃｃｌｎｉｅｎ，ＮｎｏｇＵｉｒｉ，Ｎｎｏｇ２０９ｈｎ；１ｅａｔｎｏｅｔａＥｇｎｒｇａｔｎｎｅｔｍＥｒｉｅｉｖｓｙａｔ６１，Ｃｉａｎ２
２。ＤｐｒｅｔｆｌｔｃｌｎｉｅｒｇｏｔｅｓＵｉｅｓｙａｊｇ２０９，ＣｉａｅａｍｎｏｅｒａＥｇｅｉ，Ｓｕｈａｔｎｒｔ，Ｎｎｉ１０６ｈｎ）ｔＥｃｉｎｎｖｉｎ
Ｏ引言
自指田年生教授发明第一个环型行波超声波电机以来，凭着动态响应快、结构设计灵活、有
自锁功能、无电磁干扰等独特的优点，行波超声
特殊结构及其驱动控制，实现了步进自校正，消除了积累误差，简化了控制结构，保证了精度。但自校正超声波电机转子的工作特性受摩擦界面和负载等因素的影响，要实现电机驱动时间实时的变化是不现实的，而且在自校正步进工作状态下，样机带负载能力较差，甚至有时会失步。４。为了进一步完善超声波电机的控制系统，研制了

第二篇-超声波电机驱动原理

第二章超声波电机的驱动原理本章从压电陶瓷的特性出发，系统地叙述了超声波电机中压电陶瓷的压电效应和逆压电效应，并对其相关的参数进行了系统的讨论。

本章还将几何分析法和弹性动力分析法相结合，分析了定子表面质点的椭圆运动的形成，论述了行波型超声波电机的运行机理，为行波型超声波电机的建模、设计制作、实验研究以及驱动电源和控制系统的研究提供必要的理论指导。

2.1 压电效应与压电陶瓷[21-25]压电陶瓷作为超声波电机能量转换的媒介，它起着为超声波电机提供驱动力的重要作用，如同人体的心脏一样。

因此，研究超声波电机就必须对压电材料特性有深入的认识和了解，才能掌握超声波电机的运行机理并能正确地选择和使用压电材料。

在研究超声波电机的驱动机理前，首先从压电陶瓷与普通陶瓷的最重要的区别——压电效应开始。

2.1.1 压电效应压电效应（Piezoelectric Effect）早在1880年，法国的两位科学家——居里（Curie）兄弟，在研究石英晶体的物理性质时，发现了一种特殊的现象，这就是若按某种方位从石英晶体上切割下一片薄晶片，在其表面上敷上电极，当沿着晶片的某些方向施加作用力而使晶片产生变形后，会在两个电极表面上出现等量的正、负电荷。

电荷的面密度与施加的作用力的大小成正比；作用力撤销后，电荷也就消失了。

这种由于机械力的作用而使晶体表面出现电荷的现象，称为正压电效应，如图2-1所示。

后来人们又在其它一些晶体上进行了类似的实验，发现有许多晶体都具有这种现象。

这些具有压电效应的晶体统称为压电晶体。

发现正压电效应的第二年，也就是1881年，由李普曼在理论上预言，由居里兄弟在实验上证实了另一种物理现象：将压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，会使图2-1 正压电效应示意图图2-2 逆压电效应示意图（实线代表变形前的情况，虚线代表变形后的情况）压电晶体发生形变，而形变的大小与外电场的大小成正比，电场撤除后，形变也消失。

这种由于电场的作用而使压电晶体产生形变的现象，称为逆压电效应，如图2-2所示。

超声波电动机驱动控制综述

…
蔓壁 … 塑童
… …… … …… … …… … …… … …
一…
超声波电动机驱动控制综述
罗辞勇，张帆，斌，卢肖发福
（重庆大学，重庆４０４）００４
摘
要：超声波电动机的发展和应用离不开超声波电动机的驱动控制技术，且在很大的程度上驱动器的性能并
并且在０～８％范围连续可调的驱动信号。１０（）可实现正反转。４（）由于超声波电动机为容性负载，５驱动器需
要进行阻抗匹配。
的工作原理是利用压电材料的逆压电效应，对定子上的压电陶瓷元件施加一定功率超声频段的交流信号激发其微幅振动，再通过定子和转子之间的摩擦
ＡｂｔａｔＴｅｄｖｌｐｎｎｐｌａｉｎｏｌａｏｉｔｒｒｌｎｉｒｅｃｎｒｌｔｃｎｌｇｓｒｃ：ｈｅｅｏｍｅｔｄａｐｉｔｆｕｔｓｎｃｍｏｏｅｙｏｔｄｖｏｔｏｅｈｏｏｙ，ａｄｔｅｐｒｒａｃｏｒｓｉｎｈｅｆｍ－ｏａｔｆｄｖｅｅｍｉｅｅｐｒｏａｃｌａｏｉｔｒｔｒａｘｅｔｎｅｏｒｅｄｔｒｎｓｔｅｒｎｅｕｔｓｎｃｍｏｏｏａｇｅｔｅｔｎ．Ａｌｔｅｃｍｐｎｎａｔｆｄｖｎｏｔｌａｄｉｈｆｍｒｌｈｏｏｅｔｒｏｒｉｇｃｎｒｎｐｓｉｏｔｃｎｃｌｋｙｐｉｔｒｎｒｄｃｄｅｈｉａｅｏｎｓｗｅｅｉｔｕｅ．Ｂｏｔｉｃｉｎｔｈｃｒｕｔｅｅｉｃｕｅｅｍｏｔｔｏｉｏｔｎａｔ．Ｔｅｏｏｓｃｒｕｔａｄｍａｃｉｃｉｗｒｌｄｄａｔｓｗｍｐｒｔｐｒｓｓｎｓｈａｓｈ

v形直线超声波电动机运动分析和实验

v形直线超声波电动机运动分析和实验超声波电动机是一种利用超声波驱动的非接触式电机，具有良好的静态性能和动态性能。

V形直线超声波电动机是一种新型的超声波电动机，具有高速、高精度、无摩擦、低噪声、低耗能等优点，可以实现位置控制及高精度定位。

本文分析了V形直线超声波电动机的运动特性，并对其运动模型进行了仿真，并完成了实验。

一、V形直线超声波电动机的结构V形直线超声波电动机由超声波驱动器、杆架和超声波电机组成。

超声波驱动器由振膜、振子、同步绕组、存储垫等组成，负责将电能转换为超声波能量；杆架是一种非接触式导向件，负责把超声波能量传递到超声波电机；而超声波电机是真正实现电能转换为机械能量的核心部件，它是由电感线圈绕制成的，当超声波能量输入时，可以产生电流，从而实现机械能的转换。

二、V形直线超声波电动机的运动特性分析V形直线超声波电动机的运动依赖于超声波驱动器对存储垫的不同调制方式，可以分为持续输入、位移输入和速度输入三种模式。

1.持续输入模式在持续输入模式下，超声波驱动器持续发出超声波，其频率与输入频率相同，此时超声波电机呈现出持续运动的特性，具有较高的转速和较小的加速度。

2.位移输入模式在位移输入模式下，超声波驱动器发出的超声波频率与持续输入模式不同，具有更大的波峰和波谷，从而形成了位移调制，使超声波电机具有较大的推力和较大的加速度。

3.速度输入模式在速度输入模式下，超声波驱动器发出的超声波频率与位移输入模式不同，具有更小的波峰和波谷，从而形成了速度调制，使超声波电机具有较小的推力和较小的加速度，此时平均速度较高。

三、仿真实验1.仿真模型为了研究V形直线超声波电动机运动特性，采用Matlab/Simulink建立了仿真模型，仿真模型共分为四部分：超声波驱动器模型、杆架模型、超声波电机模型和控制器模型。

其中，超声波驱动器模型是模拟超声波驱动器输出调制信号，杆架模型模拟超声波在杆架中传播情况，超声波电机模型模拟超声波在电机中的动态传播及转换，控制器模型模拟控制器的设定及状态判断等操作。

超声波驱动电路的研究

第27卷　第3期V o l .27　N o.3河南职技师院学报Jou rnal of H enan V ocati on 2T echn ical T eachers Co llege 1999年　9月Sep.1999超声波驱动电路的研究α洪新华(河南职技师院,新乡453003)吴慎山(河南师范大学)王庆国(新乡市肉联厂)郑　勇(新乡教育学院)摘要:研究了产生超声波的机理及器件性能,分析了超声源驱动电路的组成和工作原理。

关键词:压电效应;反压电效应;超声换能器;驱动电路中图分类号:O 462.11　前言随着科学和技术的发展,超声波的应用越来越广泛。

在医学领域,A 超、B 超不仅解决了人眼看不到的体内病变的检测,而且消除了其它射线检查带来的辐射危害;利用超声对中、草药进行处理生产中成药,可大大地提高生产效率[3];广泛应用的智能超声探伤系统,对金属及材料内部的空洞,缺陷可进行准确的定位和检测,提高了机械生产的产品质量。

最近国内外广泛兴起的压电超声马达的研究,使机械加工工艺水平进入了纳米量级[4]。

超声技术的广泛应用,显示了广泛的应用前景和强大的生命力[1]。

超声的应用领域,一般分为超声检测和功率超声,功率超声的特点是功率强度大,如超声清洗、超声焊接、超声切割、超声粉碎等都属于功率超声的范畴。

1880年居里兄弟在Α石英晶体中发现了压电效应,具有这种特性的材料叫压电材料。

1883年,李普曼预言了逆压电效应的存在,此后,居里兄弟在石英中发现了这一现象。

逆压电效应是在压电材料的相应部位间加上电压,产生一定的电荷分布,材料会发生相应的形变,在此种压电材料上加上某种特定频率的交变正弦信号,材料就会产生随所加电压的变化规律而变化的机械形变。

这种机械形变推动周围介质振动,产生疏密相间的机械波,如果其振动频率在超声范围,这种机械波就叫超声波。

图1　喇叭形换能器2　超声换能器电路设计超声换能器是产生超声波必需的能量转换装置,它把超声电磁振荡的能量转换为声波。

超声波电机的研究现状及应用前景

超声波电机的研究现状及应用前景摘要：超声波电机是一种通过摩擦传递弹性超声振动以获得功率的驱动机构。

压电陶瓷在高频替代电压作用下产生相反的压电效应，从而激发超声频段内弹性定子的微幅振动。

定子驱动的表面粒子的椭圆运动通过摩擦转换为转子的旋转(或线性)运动。

超声波电机具有低速大转矩、无噪声、停电后自燃、快速响应、无磁场干扰等特点。

关键词：超声波电机；压电效应；研究现状；应用前景；超声波电机是一种新型的微型专用电机。

其通过反向偶极子效应和超声振动获得动力的工作原理推翻了传统的发动机概念，吸引了国内外许多学者的广泛关注和研究。

目前，该技术仍处于科学前沿，应用前景广阔，因此具有重要的研究价值。

综述了超声波电机的研究现状及应用前景。

一、国外超声波电机的研究现状人类第一次尝试用弹性振动来获取权力始于钟表。

1961年，日本Bulova Watch公司开始出售一只手动手表，每月误差仅为1分钟，这创造了当时的世界纪录，给全世界学者留下了深刻的印象。

超声波马达的研究也已开始，许多研究人员对此进行了深入研究，并取得了丰硕成果。

提出并制造了一种驻波分电器超声波马达，该马达使用了一种波长为27.8 khz的朗格文激励器，输入功率为90瓦，机械输出功率为50瓦，输出扭矩为0.25n m，输出速度为0.25n m但是，由于振动板和发动机转子之间的接触固定在同一位置，接触表面仍存在严重的摩擦磨损问题。

为了解决摩擦磨损问题，提出并制造了另一种形式的超声波偶极电机。

这种发动机意识到转子是由行波而不是固定点和驻波力矩不断推动的。

从而大大减少定子与转子接触表面的摩擦磨损。

该发动机的工作机构是利用定子表面颗粒在圆周方向上的椭圆运动速度分量驱动转子通过摩擦转动。

佳能公司研制的环形行波超声电机已正式应用于EOS相机目标自动研制系统，标志着超声波电机开始进入实用阶段。

不难看出，上述所有超声波电机都属于接触式超声波电机，即功率是通过定子和转子之间的接触摩擦传递的。