纵扭复合型超声电机的小型化及其在遮阳系统中的应用

摘要

本课题来源于国家自然科学基金重点项目(No.50735002)以及南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目青年科技创新基金(No.56V1028)。
　　纵扭复合型超声电机具有大扭矩/体积比、可控性强、正反转特性一致、低速稳定性好、动态响应性能好等特点，在设备的驱动与控制技术方面有广阔的应用前景。传统纵扭复合型超声电机由于扭振压电陶瓷成本高、预紧螺栓不利于结构小型化等缺点降低了其实用性以及应用范围。本文从应力型纵扭复合型超声电机的结构及原理出发，对电机小型化设计、实验及应用进行研究以降低成本并增大适用范围。主要研究内容如下：
　　研究了应力型纵扭复合型超声电机的驱动机理，分析了压电陶瓷的压电效应及装配方式，提出了两种小型化研究方向。
　　通过对Φ10mm小型双转子应力型纵扭复合超声电机支撑结构、加工装配、预压力、纵扭频率一致性调节、摩擦材料选择等方面对电机输出性能的影响的研究，为电机小型化设计提供了参考依据。试制了多台样机，最大转矩0.12N·m。
　　建立了应力型纵扭复合超声电机的定转子接触模型，并通过与Φ20mm样机实验进行对比检验了模型的准确性，并提出了模型可改进的方向。
　　提出了一种新型贴片式应力型纵扭复合超声电机小型化结构设计，该电机利用矩形压电陶瓷d31效应的横向伸缩变形来激励出纵振模态和扭振模态。对电机结构进行了有限元仿真及优化，试制了原理样机，实验验证了其纵扭振激励原理的可行性。
　　根据应力型纵扭复合超声电机的特点设计出用于智能遮阳系统的百叶帘驱动机构，与传统电磁电机驱动机构相比具有结构简单、控制灵活等特点，展示了应力型纵扭复合超声电机在结构驱动应用中的优越性。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 纵扭复合型超声电机的研究现状

1.3 应力型纵扭复合型超声电机及其相关问题

1.4 本文的研究意义和主要内容

第二章 应力型纵扭复合超声电机运行机理及其结构小型化分析

2.1 引言

2.2 压电效应与压电陶瓷

2.3 纵扭复合型超声电机的驱动原理

2.4 应力型与振幅型纵扭复合超声电机驱动机理的比较

2.5 应力型纵扭复合超声电机结构小型化分析

第三章 夹心式双转子应力型纵扭复合超声电机结构小型化研究

3.1 引言

3.2 夹心式双转子应力型纵扭复合超声电机的结构

3.3 电机模态仿真及优化设计

3.4 样机加工以及试验

3.5 应力型纵扭复合超声电机设计要点

第四章 应力型纵扭复合超声电机的定转子接触模型

4.1 引言

4.2 定转子接触模型的条件假设

4.3 定转子接触模型的建立

4.4 定转子接触面应力的有限元仿真分析

4.5Φ20mm双转子应力型样机模型计算结果与实验结果的比较

4.6 本章小结

第五章 基于

5.1 引言

5.2 贴片式应力型纵扭复合超声电机的基本结构

5.3 贴片式应力型纵扭复合超声电机的工作原理

5.4 电机纵、扭频率一致性设计方法

5.5 贴片式应力型纵扭复合超声电机的实验研究

5.6 本章小结

第六章 应力型双转子纵扭复合超声电机在智能遮阳系统中的应用

6.1 引言

6.2 遮阳系统的常用结构比较

6.3 智能遮阳系统的结构设计

6.4 智能控制机制

6.5 本章小结

第七章 全文总结

7.1 本文的主要贡献

7.2 后续研究工作及展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文