ShinseisUSR60行波超声波电机调速方法实验研究.PDF

2012 年7 月 安阳工学院学报 July.2012 第11 卷第4 期渊总第58 期冤 Journal of Anyang Institute of Technology Vol.11 No.4渊Gen.No.58冤 Shinseis USR60 行波超声波电机调速方法 实验研究 尤向阳 王永辉 李 振 (三门峡职业技术学院 电气工程系 河南三门峡472000 ) 摘 要 利用两相谐振电压变换器搭建了测试平台 通 调节两相驱动电压的振幅尧频率和相位差 对三种行波型超声 波电机的调速方法进行了研究和比较遥 结果表明 调频调速比调压调速和调相调速更为灵活 且具有较大的调速范围遥 这一 结果为超声波的电机的控制策略的进一步研究提供了借鉴遥 关键词 超声波电机曰调速方法 调频调速曰调压调速曰调相调速 中图分类号 TM301.2 文献标志码 A 文章编号 1673-2928渊2012冤04-0048-03 引言 由于压电陶瓷的逆压电效应袁当对压电陶瓷施 超声波电动机渊USM冤是一种新型微特电机袁它 加以超声频率且有一定相位差的两相电压时,沿定 利用压电材料的逆压电特性袁 发电机定子产生 子圆周方向就会产生行波振动,当行波通过定子中 机械振动袁通过定转子之间的摩擦力袁将电能转换 心线上的点时,该点作垂直方向运动,其频率与幅 为机械能输出袁从而驱动转子定向运动遥 行波型超 值和行波的频率与幅值相同遥 但是由于定子的弯 声波电机渊TWUSMs冤与传统电机相比袁具有体积 曲,使得远离中心线的点在做垂直运动的同时在水 小尧低速大转矩尧反应速度快尧运行无噪声尧不受磁 平方向上前后运动, 结 合成的运动轨迹为一椭 场影响尧保持力矩大等优点袁在非连续运动及精密 圆,从而使定子表面粒子作椭圆运动袁通过施加一 运动控制领域具有广阔的应用前景袁 成为近年来 定预压力,借助摩擦使与之接触的转子逆着波行方 [1] [3] 国内外在微型电机方面的研究热点 遥 向旋转 遥 TWUSMs 需要由两相高频正弦电压驱动袁其 用于超声波电机驱动的两相半桥谐振变换器 转速控制可以通过改变两相正弦交流电压的幅 的主电路如图2 所示袁 由于在谐振频率附近袁USM 值尧 频率或相位差来实现 [2] 遥 本文针对 Shinsei 的等效电路为电感尧电容与电阻的串并联结构遥 对 USR60 TWUSM 搭建了实验平台袁对以上三种速度 驱动电路来说袁USM 可以近似为一种容性负载遥所 控制方法进行了实验研究袁 并通过实验结 对这 以袁为改善驱动效 袁USM 驱动电路通常 含串联 三种调速方法进行了比 袁 为行波型超声波电机 匹配电路遥 测试用Shinsei D6060 驱动器具备脉冲 调速控制策略的进一步研究提供了借鉴遥 宽度调制尧 脉冲频率控制和脉宽频率同时调制的 1 行波型超声波电机及其驱动电路 功能袁能够为超声波电机提供振幅尧频率和相位差 实验用 Shinsei USR60 TWUSM 的规格如下院 可调的两相交流电源遥 驱动频率为 40Khz曰驱动电压为 100Vrms曰额定转 矩为0.32Nm曰 额定输出功率为 4W 曰 额定转速为 10rad/s遥 其工作原理如图1 所示遥 图2 超声波电机驱动用两相半桥谐振变换主电路 图1 超声波电机工作原理图 实验测试平台如图3 所示袁驱动器提供给电机 稿日期 2012-03-27 作者简介 尤向阳渊1980-冤 男 三门峡职业技术学院讲师 硕士 主要研究方向院运动控制技术遥 第四期 尤向阳袁王永辉袁李 振 Shin