1.1  柱体超声波电机发展与现状

1.2  柱体超声波电机的优点与应用

    超声波电机是一种全新的自动控制执行元件，也是一种崭新的传动形式，是对传统电磁驱动原理的突破和有力的补充。由于超声波电机可采用不同的振动模态来产生驱动力，因而可研制出多种不同型式的超声波电机。其中，圆柱定子超声波电机（cylinder-type stator ultrasonic motors，CTWUSM）是目前国内外应用和研究最多的超声波电机之一。由于圆柱定子超声波电机的压电陶瓷不需粘接，激振效率高，工艺简单，便于实现自动化生产，最近几年佳能公司生产的十几种型号的照相机中的镜头调焦系统大多采用CTWUSM。采用CTWUSM后，除了镜头体积和重量减小、调焦时间缩短、噪声降低、控制性能提高以外，还具有比环形行波超声波电机更高的性价比。

1.3  选题的意义

   目前，我国已经成为了是微型特种电机的生产大国（以下简称微特电机），但我国生产的微特电机产品主要集中在视听设备用的有刷永磁直流电机、交流串激电机、家用电器用电机、汽车电机、步进电机、单相异步电机等中、低档产品，技术水平低产品议价能力低。而精密产品，如计算机外设用电机、工业控制用伺服电机等，除一些外商独资企业在国内组装生产外，总体上还处于比较落后的状态。超声波电机以其异常突出的性能优势，在微特电机行业显示了强大的生命力。经过多年的努力，我国在超声波电机方面的研究已取得了较大的进展，目前已接近实用化。可以预见，超声波电机必将在精密定位控制、伺服控制等高要求领域发挥相当的作用。由于圆柱定子超声波电机的工艺要求相对比环形行波超声波电机要低，因而是目前在国内有可能最早实现产业化的超声波电机之一[1]。

本文选择柱体超声波电机的阻频特性计算作为研究课题，柱体超声波电机工作机理主要体现在两个机电能量传递过程, 即通过对定子的振型设计和压电陶瓷的极化与配置的设计,并通过驱动控制电路使定子产生机电耦合振动; 通过摩擦耦合将定子的机械能转为转子的动能输出。在第一个能量传递过程中, 利用谐振方式进行能量转换。驱动器的功放部分普遍采用两个相同的推挽放大器。这就要求对电机和驱动器中变压器间进行阻抗匹配。因此对阻抗的计算是必要的。

1.4  本文研究的主要内容

本课题的内容是研究并掌握柱体摇头型超声波电机的工作原理，学习利用ANSYS进行有限元分析的方法。要求根据图纸在ANSYS中建立柱体超声波电机定子有限元模型，并进行谐响应分析，并利用MATLAB对仿真结果进行分析，获取电机的阻频特性曲线。

各章节内容安排如下：

     第一章  绪论

总结了超声波电机的发展历史以及特点，超声波电机的应用领域和分类，介绍了小型柱体摇头型超声波电动机的国内外研究现状与发展前途。在此基础上指出了本文研究的主要意义，并简要叙述了各章节主要内容。源[自[751``论`文]网·www.751com.cn/

    第二章  柱体超声波电动机理论基础及运行机理

    本章介绍了压电陶瓷的压电效应及压电方程性，并对柱体超声波电动机基本运行机理进行了分析。

    第三章  有限元法及ANSYS有限元软件

本章总结了常用柱体超声波电动机的结构分析方法，提出有限元法并简单介绍了ANSYS有限元软件。

 第四章  柱体超声波电机定子阻频特性定量计算