1. 研究目的与意义

超声旋转电机是一种利用逆压电效应工作的微小型电机，将电能转换为定子的机械能，通过定子和转子间的摩擦驱动转子做旋转运动。1948年Williams和Brown提交的一份发明专利第一次公布了超声电机的设想，其后美国、德国、苏联、日本等国家相继进行了各类压电超声电机的研究，在汽车电器、精密仪器仪表、工业控制系统、航空航天、机器人领域都有着广泛的应用前景。本课题旨在设计一种单激励超声椭圆振动旋转超声电机，转子包括转盘和设置在转盘一周表面的摩擦层；定子包括超声振动换能器、椭圆振动模态转换器和设置在椭圆振动模态转换器前端的摩擦驱动块；超声振动换能器包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板和螺栓通过螺纹联接；椭圆振动模态转换器设置在前盖板的前端，可以将超声振动换能器产生的纵向超声振动转换为椭圆振动模态转换器末端及摩擦驱动块的椭圆振动，并驱动转子进行连续旋转运动。因此，该超声电机具有结构紧凑、响应快、噪声低、无电磁干扰等优点。该课题旨在验证超声驱动电机的可行性及进一步完善超声旋转电机，使其性能进一步提高。

2. 研究内容与预期目标

设计一种旋转式超声电机。该装置是利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，通过定子和转子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成转子宏观的旋转运动。能够满足人们对微特电机提出的诸多新的要求，具有体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、低噪声、无电磁干扰等优点，因而发展迅速，应用日益广泛。设计一种单激励超声椭圆振动旋转超声电机，转子包括转盘和设置在转盘一周表面的摩擦层；定子包括超声振动换能器、椭圆振动模态转换器和设置在椭圆振动模态转换器前端的摩擦驱动块；超声振动换能器包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板和螺栓通过螺纹联接；椭圆振动模态转换器设置在前盖板的前端，可以将超声振动换能器产生的纵向超声振动转换为椭圆振动模态转换器末端及摩擦驱动块的椭圆振动，并驱动转子进行连续旋转运动。

3. 研究方法与步骤

本课题拟采用先进行模拟分析后进行实验的方法进行研究，主要采用有限元分析法（ansys）以及三维建模软件solidworks作为辅助软件，研究步骤如下：

1、设计单激励超声椭圆振动旋转电机的各个组成部分，包括换能器、变幅杆以及转子等，使得单激励超声椭圆振动旋转电机各个部分固有频率相近甚至相同，以达到谐振的目的。

2、模拟单激励超声椭圆振动旋转电机的工作状态，定子位移变化量、电机转子转速等。

4. 参考文献

[1]孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[m].北京:高等教育出版社,2013.[2]濮良贵.机械设计(第九版).2013.[3]成大先.机械设计手册(第5版).2014.[4]闻邦椿.机械设计手册(第5版).2010.

[5]薛成.新型多通道舵机控制的微小型超声电机的研究[d]:[硕士学位论文].南京:南京航空航天大学,2016.

[6]陈建毅,郑祝堂.微小型驻波超声电机定子振动特性的仿真分析[j].压电与声光,2018，(6):951~954.

5. 工作计划

1．2019-2-22～2019-3-2 查阅资料，了解单激励超声椭圆振动旋转电机国内外研究现状和发展前景，了解超声换能器的设计方法。撰写开题报告和翻译外文资料；

2．2019-3-3～2019-3-15 查阅相关资料，确定单激励超声椭圆振动旋转电机的总体结构设计；

3．2019-3-16～2019-3-31 单激励超声椭圆振动旋转电机压电超声换能器设计