扭矩化新型电机的试验研讨

给出了实验得到的预压力

P、驱动信号幅值 U、频率 fd 等因素的变化对最佳驱动信号相

位差

p 的影响（认为转速最大时对应最佳驱动信号相位差）。从试验结果可以看出，预压力

对最佳驱动信号相位差的影响相当大，在驱动信号参数保持不变的情况下（纵振电压为
250V，扭振电压为 400V，驱动频率 24.74kHz），预压力 P 从 0 到 400N 变化时，最佳驱动
信号相位差

p 变化了 130°。保持驱动信号相位差不变，实验过程中出现了压力小的时候，电

机正转，压力增大到一定值时，电机反转的现象。
　　纵振电压的变化对最佳驱动信号相位差的影响也很严重，在纵振电压升高时，最佳驱
动信号相位差急剧增大（扭振电压为

400V，驱动频率 24.74kHz，预压力 326N），但是扭

振 电 压 的 变 化 对 最 佳 驱 动 信 号 相 位 差 的 影 响 却 很 小 （ 纵 振 电 压 为

250V ， 驱 动 频 率

24.74kHz，预压力 326N）。驱动频率对最佳驱动信号相位差有影响，但是影响不大，当频
率从

24.7kHz 变到 24.95kHz 时，最佳驱动信号相位差在 20°内波动（纵振电压为 250V，扭

振电压为

400V，驱动频率 24.74kHz，预压力 326N）。

　　预压力、驱动信号电压、频率等因素的变化对最佳驱动信号相位差的影响由于最佳驱动
信号相位差容易受到外界因素的影响，不能恒定为

90°，因此利用传统的两相相位差固定

（

90°）的方波驱动电源来驱动纵扭型超声电机存在一定困难。

　　为了进一步深入探讨预压力、驱动信号的幅值和频率等因素的变化引起振子纵、扭振动
相位差变化的原因，利用超声电机试验台和激光测振仪对这些因素对电机振子振动情况的
影响进行了测量。
　　给出了预压力

P 和驱动信号幅值 U 对电机纵、扭共振频率 fr 的影响。预压力增大时，电

机纵、扭共振振频率都会升高，但是纵振共振频率升高的更快一点。驱动信号幅值的变化对
电机纵、扭共振频率的影响则与预压力电机纵、扭共振频率的影响相反。驱动电压升高，共振
频率降低，但是纵振共振频率下降的快一些。
　　为用激光测振仪测量得到的振子的纵、扭振动相对于驱动信号的相位信息。从中可以看
出，振子纵、扭振动的共振频率都在

26kHz 附近，此时振子纵、扭振动相位为 120°左右（相

对于驱动信号的预压力、驱动信号幅值对纵、扭共振频率的影响相位）。当纵、扭共振频率相
差不大时，驱动信号频率的变化并不会引起纵、扭振动相位差（

A 点到 A′点的距离）的较

大变化（

45°以内）。但是，当纵、扭共振频率相差较大时，纵、扭振动的相位曲线将由接近

重合的位置变为有一定的间距，此时驱动信号频率的微小变化都会引起纵、扭振动相位差的
较大变化，导致电机性能的下降。
　　驱动信号频率对纵、扭振动相位差的影响预压力和驱动信号幅值等因素的变化引起了振
子纵、扭共振频率的变化。由于变化量不同，振子纵、扭共振频率不再保持一致，从而引起了
纵、扭振动相位差的变化，表现为最佳驱动信号相位差的变化。
　　电机调速方式的选择超声电机的调速方式主要有调频、调相和调压三种。

6、7 分别给出

了两相驱动信号的频率、幅值和相位差的变化对纵扭型超声电机堵转力矩和空载转速的影响。
　　给出了驱动信号频率与堵转扭矩和空载转速的关系（测试条件为纵振电压

340V，扭振

电压

500V，预压力 326N）。在共振频率处，电机的堵转扭矩和空载转速最高。图中的空载

转速曲线有两个波峰，分别对应纵振和扭振共振频率。由于纵振、扭振频率不能完全重合，
往往有一个频率差，因此在共振点附近调频调速，对应的转速的变化很不规律。图

6 给出了

电压与堵转扭矩和空载转速的关系（调节纵振电压时，扭振电压保持

500V，调整扭振电压

时，纵振电压保持

350V，驱动频率 24.7kHz，预压力 326N）。随着扭振电压的升高，电机

的转速增大。