（定稿）现代农业设施种养业科技示范园建设项目投资申请报告8

在本文中，选用的材料是弹性模量较小的纯铜紫铜，它的硬度与弹性模量均比较符合材料的设计要求。

弹性体和压电陶瓷片的材料分别为紫铜和，它们的材料属性如下表。

根据定子谐振频率简易计算公式，结合实际设计的定子结构，就可以计算出定子的近似谐振频率湘潭大学兴湘学院表超声波电机定子材料属性参数物理量紫铜压电陶瓷密度弹性模量泊松比将上面的参数，代入前面的定子的谐振频率计算公式计算其谐振频率为，满足超声波电机的频率要求。

转子的设计及制作超声波电机是将定子的振动能通过摩擦传递给转子而使转子旋转的，因而转子担负着输出转矩，并通过它施加定转子间的预压力的功能。

在厘米级行波超声波电机中，考虑到转子的低密度小惯量及摩擦系数等要求，本文选择紫铜作为转子的材料。

在进行电机转子的设计时，主要需要考虑的是转子的柔性及定转子的静态径向弯曲配合，并由此确定转子的结构和尺寸。

超声波电机转子的柔性要求由定转子接触模型可知，振动的定子与转子间的接触变形对于将齿端的周向振动通过摩擦力转换为转子的运动是非常必要的，并要求在波峰处有定的接触长度，如图所示。

转子通过柔性变形能够减小摩擦接触中的滑动损耗，从而优化电动机的性能。

对于图二维定转子接触模型而言，由垂直振动引起的接触压力沿周向按正弦规律变化，定子表面的周向速度也按正弦变化，为了避免与波峰的低速或者反方向的速度区域接触，接触长度略小于半个波长，此时往往由摩擦层的变形来实现定转子的摩擦驱动。

等人分析了刚性硬转子与软转子接触面对电动机性能的影响，指出了硬耐磨表面的转子可以通过其结构的变形获得转子的柔性，能够消除由于高聚物摩擦层振动损耗而损失的效率。

其单纯的转子柔性可通过在接触区域采用柔韧的腔结构或者带结构来获得，如佳能公司的环形行波超声波电动机转子结构，也可以通过使用泡沫金属复合物材料的转子来获得。

转子的柔性通常可由摩擦层的柔性和转子的结构合成，在垂直振动下可产生变形，从而实现良好的定转子接触。

目前大多数的电动机都同时利用转子结构和摩擦层的柔性。

需要完整说明书图纸或要天骄代做请加叩叩需要完整说明书图纸或要天骄代做请加叩叩如图转子柔性与接粗面变形定转子径向弯曲配合由于超声波电机是基于摩擦驱动机理工作的，使用寿命是超声波电机实用化生产的大障碍，为了提高寿命，可以增加定转子的接触面积，减小预压力，从而降低摩擦层的损耗和增加其使用寿命。

为了能够使行波超声波电动机输出很大的力矩，常需要在定转子间施加相当大的轴向预压力，此预压力的施加常通过轴向定转子变形产生，这会使定转子沿径向弯曲，由于径向弯曲的存在，使得定转子的实际接触面积大大减小，压力分布不均匀，定子转子的内径接触方向迅速磨损，如图所示为早期的超声波电机定转子的径向弯曲效应和定子径向磨损情况。

大量的磨损是由于定转子接触面积减小，局部接触压力过大引起的。

而且，接触压力使得摩擦材料内部循环应力增大，造成极大的损耗和发热。

等使用对定转子接触情况进行了计算，结果表明存在径向弯曲效应的电动机的局部接触压力是接触区域无径向弯曲效应情况下的倍以上。

如图早期超声波电机定转子接触及磨损情况湘潭大学兴湘学院由于定转子径向弯曲效应的存在，需要相应改变定转子结构设计，以配合径向弯曲效应，使定转子能够平行接触。

定转子的径向弯曲配合能够增加接触宽度，使接触压力沿齿的整个径向距离均匀分布，极大地降低了局部接触压力，从而显著地减少材料磨损。

另外，在保持周向接触比和压力不变的情况下，增加接触宽度，能够使加到转子上的周向预压力显著增加，因而使径向压力分布均匀，并在不增加局部压力和摩擦层磨损率的情况下提高行波超声波电动机的机械性能。

根据参考文献，考虑定转子径向弯曲配合的定转子结构设计如图所示。

该转子结能使磨损均匀分布在整个接触区域，大大降低了摩擦层磨损，且由于压力降低，摩擦层的损耗随之减小另外，定转子接触表面的加工精度是关系到定子的振动能能否有效地转化为转子转动能的关键，其平面度和粗糙度对电机运行噪声能量转化效率运行平稳性等性能影响很大。

所以，转子与定子接触的表面要进行研磨，保证表面的平面度和粗糙度。

装配时，定转子必须保持面接触，使预压力在整个面上均匀分布。

摩擦层的设计超声波电机的摩擦材料必须满足耐磨耐高温摩擦系数稳定性好等特点。

较大的摩擦系数可以获得较大的输出转矩和较高的能量传递效率，但是如果结构设计或定转子材料选择等环节处理不当的话，则可能发生磨损率高，电机不稳定等特点。

据参考文献摩擦层最佳的参数选择是弹性模量厚度为摩擦系数为。

定转子设计的总结对于超声波电机定转子的校核，不像我们平时学习的电机，有确切的验算数学公式。

目前为止，还没有推导出，比较成熟的公式对其进行校核，对于现阶段，我们般根据经验公式设计出超声波电机的样机结构，在利用仿真软件，对其进行仿真测试，然后判定其是否合格。

因为本人在此次论文中，未涉及软件仿真，故未进行有效地验算，不过，行波型超声波电机是目前所有典型超声波电机中力矩最小的种。

它的力矩比吊床上的小风扇的力矩还小，般连的力矩都不到，故根据经验而言，所设计的定转子的初步结构是基本符合要求的。

图定转子的弯曲配合设计图需要完整说明书图纸或要天骄代做请加叩叩需要完整说明书图纸或要天骄代做请加叩叩第章样机整体结构设计底座压电陶瓷片定子压盖转子上轴套碟簧轴承开槽螺钉下轴套调整垫圈图超声波电机的的二维结构图应用本文有关设计参数和指标，设计的行波型超声波电机的实际样机结构如图所示。

主要由压电陶瓷激振部分定子转子等构成。

定子和转子之间需要有加压装置，主要通过蝶簧来施加，并保证定子与转子在接触面上，预压力能均匀分布。

在前面讨论了行波型超声波电机的定子和转子的设计。

下面需要对超声波电机输出轴进行设计分析。

超声波电机输出轴的特点是低转速大力矩轴。

在轴上分布有定子转子碟簧平面轴承，轴两端有滑动轴承。

超声波电机的输出轴主要起到三个作用首先是要通过超声波电机的输出轴传递定子和转子之间的预压力通过输出轴传递运动和动力的作用通过轴起到装配定位的作用。

因此，对轴的有较高轴度具有方便的并行接口可直接连接任何种位微处理器，这样给读卡器终端的设计提供了极大的灵活性。

的特性如下高集成度模拟电路用于卡应答的解调和解码缓冲输出驱动器使用最少数目的外部元件连接带天线近距离操作可达支持协议的部分和经典协议采用加密算法斌含有安全的非易失性存内部密匙存储器引脚兼容于和带内部地址锁存的并行微处理器接口以及个中断申请线可编程中断处理自动检测微处理器并行接口类型字节易用的发送和接受先进先出缓存器具有多种节电模式可编程定时器唯的序列号用户可编程初始化配置面向位或字节的帧结构数字模拟和发送部分经独立引脚分别供电内部振荡缓存器石英晶体振荡器，以优化低相位偏移时钟频率滤波支持反碰撞操作。

的管脚定义的管脚定义如图所示。

图的管脚定义电源组成共分三组，这样数字模拟和发射模块都有独立的电源供电，电源部分包括第组，与，发送器电源电压和发送器电源地，提供和的输出能量第二组，与，数字部分电源电压和数字部分电源接地第三组，与，模拟部分电源电压和模拟部分电源接地另外，还有管脚，内部参考电压，输出内部的参考电压，且必须外接的电容。

数字接口部分，芯片选择低电平有效，这是选择并激活微处理器和的接口，写选通信号低电平有效，控制数据从口写入内部寄存器的写周期，度选通信号低电平有效，将中数据读至引脚，位双向数据总线，地址锁存使能，接口类型选择或独立的地址总线。

部分，接收口，接受被卡应答信号负载调制的载波和，发射口和口，输出经调制的的信号。

其他，辅助输出，该引脚输出模拟测试信号，这些信号可以通过对寄存器的设置选择，中断请求源输出，接口输入，接收符合协议的串行数据流，接口输出，输出符合协议的串行数据流，复位及掉电信号，高电平时复位内部电路，晶振停止工作，内部输入输出管脚和外部隔离下沿出发内部复位程序和，晶振输入和输出。

与处理器的接口的不同配置，初始化及功能的实现是通过微处理器对芯片寄存器读写控制来实现的。

支持不同的微处理器接口，且可以和个人电脑的高速增强型接口直接相连，支持独立的读写选通模式，通用的读写选通模式和握手联络方式的通用读写选通信号模式，且总线方式有地址和数据总线独立或复用的两种连接方式。

的匹配电路设计匹配电路包含个低通滤波器，个接收电路，天线匹配电路以及天线。

系列工作于频率下，这频率产生于个石英晶体振荡器，用于驱动并且提供给天线的载波。

但是除了这频率以外，它还会产生高次谐波。

国际的电磁兼容规则规定，中的三次五次和高次谐波要被良好的抑制。

因此，必须有个合适的滤波器过滤输出信号以满足此规定。

低通滤波器由和组成，它们的取值由表给出，为了得到最好的效果，选用所有滤波器件的质量均达到或超过了表推荐的标准。

接收电路如图所示，这个接收电路由和组成，其值由表给出。

的内部接收电路利用卡的回应信号在副载波的双边带上都有调制这概念来进行工作的。

我们使用芯片内部产生的信号作为管脚输入信号的偏置。

为了稳定管脚的输出信号，必须在和地之间连接个电容。

接收电路需要在和之间连接个分压电路。

表滤波器和接受电路的同的弹性模量。

在本文中，选用的材料是弹性模量较小的纯铜紫铜，它的硬度与弹性模量均比较符合材料的设计要求。

弹性体和压电陶瓷片的材料分别为紫铜和，它们的材料属性如下表。

根据定子谐振频率简易计算公式，结合实际设计的定子结构，就可以计算出定子的近似谐振频率湘潭大学兴湘学院表超声波电机定子材料属性参数物理量紫铜压电陶瓷密度弹性模量泊松比将上面的参数，代入前面的定子的谐振频率计算公式计算其谐振频率为，满足超声波电机的频率要求。

转子的设计及制作超声波电机是将定子的振动能通过摩擦传递给转子而使转子旋转的，因而转子担负着输出转矩，并通过它施加定转子间的预压力的功能。

在厘米级行波超声波电机中，考虑到转子的低密度小惯量及摩擦系数等要求，本文选择紫铜作为转子的材料。

在进行电机转子的设计时，主要需要考虑的是转子的柔性及定转子的静态径向弯曲配合，并由此确定转子的结构和尺寸。

超声波电机转子的柔性要求由定转子接触模型可知，振动的定子与转子间的接触变形对于将齿端的周向振动通过摩擦力转换为转子的运动是非常必要的，并要求在波峰处有定的接触长度，如图所示。

转子通过柔性变形能够减小摩擦接触中的滑动损耗，从而优化电动机的性能。

对于图二维定转子接触模型而言，由垂直振动引起的接触压力沿周向按正弦规律变化，定子表面的周向速度也按正弦变化，为了避免与波峰的低速或者反方向的速度区域接触，接触长度略小于半个波长，此时往往由摩擦层的变形来实现定转子的摩擦驱动。

等人分析了刚性硬转子与软转子接触面对电动机性能的影响，指出了硬耐磨表面的转子可以通过其结构的变形获得转子的柔性，能够消除由于高聚物摩擦层振动损耗而损失的效率。

其单纯的转子柔性可通过在接触区域采用柔韧的腔结构或者带结构来获得，如佳能公司的环形行波超声波电动机转子结构，也可以通过使用泡沫金属复合物材料的转子来获得。

转子的柔性通常可由摩擦层的柔性和转子的结构合成，在垂直振动下可产生变形，从而实现良好的定转子接触。

目前大多数的电动机都同时利用转子结构和摩擦层的柔性。

需要完整说明书图纸或要天骄代做请加叩叩需要完整说明书图纸或要天骄代做请加叩叩如图转子柔性与接粗面变形定转子径向弯曲配合由于超声波电机是基于摩擦驱动机理工作的，使用寿命是超声波电机实用化生产的大障碍，为了提高寿命，可以增加定转子的接触面积，减小预压力，从而降低摩擦层的损耗和增加其使用寿命。

为了能够使行波超声波电动机输出很大的力矩，常需要在定转子间施加相当大的轴向预压力，此预压力的施加常通过轴向定转子变形产生，这会使定转子沿径向弯曲，由于径向弯曲的存在，使得定转子的实际接触面积大大减小，压力分布不均匀，定子转子的内径接触方向迅速磨损，如图所示为早期的超声波电机定转子的径向弯曲效应和定子径向磨损情况。

大量的磨损是由于定转子接触面积减小，局部接触压力过大引起的。

而且，接触压力使得摩擦材料内部循环应力增大，造成极大的损耗和发热。

等使用对定转子接触情况进行了计算，结果表明存在径向弯曲效应的电动