本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能跟蹤設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及一種基于超聲馬達(dá)的雙軸太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)能源的需求不斷上升，而石油、煤炭等不可再生能源日趨減少，使得發(fā)展利用可再生綠色能源成為未來發(fā)展的方向。太陽(yáng)能作為一種清潔、安全、可再生的自然資源，近年來受到人們的廣泛關(guān)注。但由于太陽(yáng)能本身的特點(diǎn)，決定了太陽(yáng)能利用具有稀薄性、隨機(jī)性、間歇性、地區(qū)性的特點(diǎn)。目前太陽(yáng)能利用技術(shù)主要用于光伏發(fā)電，目前光伏發(fā)電存在的問題就是太陽(yáng)能利用率較低。提高太陽(yáng)能利用率主要有兩種途徑，一是提高太陽(yáng)能接收板轉(zhuǎn)換率，二是提高太陽(yáng)能接收板的接收率，后一種方法較前一種方法更易于實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)太陽(yáng)光伏發(fā)電跟蹤系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)成為解決問題的關(guān)鍵。研究表明，與固定式安裝相比，典型的單軸跟蹤器可提高27-32％的發(fā)電量；而典型的雙軸跟蹤器可進(jìn)一步提高6％量，與固定式板相比，可增加35-40％的發(fā)電量，故本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種雙軸太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置。

現(xiàn)今的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤發(fā)電裝置大都采用步進(jìn)電機(jī)等傳統(tǒng)的電磁型電機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)，而超聲馬達(dá)是一種全新原理和概念的電機(jī)，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)使馬達(dá)定子表面產(chǎn)生連續(xù)的橢圓運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過摩擦耦合將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動(dòng)能。與傳統(tǒng)的電磁型電機(jī)相比有諸多優(yōu)點(diǎn)：其轉(zhuǎn)矩/質(zhì)量比大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；低速大轉(zhuǎn)矩，無需齒輪減速機(jī)構(gòu)，定位精度高，可實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，而傳統(tǒng)電機(jī)用于這種場(chǎng)合時(shí)只能通過減速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩，因此隨之帶來了摩擦、噪聲、傳動(dòng)精度和效率低等問題；動(dòng)作響應(yīng)快，可達(dá)毫秒級(jí)，控制性能優(yōu)越；切斷電源時(shí)可自鎖；不產(chǎn)生磁場(chǎng)，也不受外界磁場(chǎng)干擾；運(yùn)行噪聲小，減少了對(duì)周圍環(huán)境的污染。基于超聲馬達(dá)的這些特點(diǎn)，尤其是低速大轉(zhuǎn)矩、定位精度高、響應(yīng)快、可斷電自鎖等特點(diǎn)；再加上對(duì)太陽(yáng)運(yùn)行規(guī)律的研究，考慮到每天白天太陽(yáng)高度角和方位角都是以極小的速度緩慢變化，分析得出超聲馬達(dá)特別適合光伏發(fā)電跟蹤太陽(yáng)的需要。因此本發(fā)明選用超聲馬達(dá)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁型電機(jī)來驅(qū)動(dòng)雙自由度的太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置，并配套相應(yīng)的優(yōu)化跟蹤方法以達(dá)到最佳發(fā)電效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問題，本實(shí)用新型提供一種基于超聲馬達(dá)的雙軸太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置，通過兩自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下部分的水平安裝的超聲馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制實(shí)現(xiàn)的，將超聲馬達(dá)與太陽(yáng)能發(fā)電裝置有效結(jié)合，并且配套獨(dú)創(chuàng)的優(yōu)化跟蹤方法，從而達(dá)到最佳發(fā)電效果，為達(dá)此目的，本實(shí)用新型提供一種基于超聲馬達(dá)的雙軸太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置，包括太陽(yáng)能電池板、上框架、轉(zhuǎn)架、水平軸、上支撐板、水平超聲電機(jī)、固定支撐板、立柱、豎直超聲電機(jī)和PSD位置傳感器，所述PSD位置傳感器安裝在太陽(yáng)能電池板的長(zhǎng)邊中間處，所述太陽(yáng)能電池板固定安裝在上框架上，所述上框架底部焊有角鐵，所述轉(zhuǎn)架與上框架的角鐵焊接在一起，所述轉(zhuǎn)架與水平軸固連，所述上支撐板設(shè)有三個(gè)支撐板，所述水平軸安裝在上支撐板兩個(gè)支撐板之間，所述上支撐板另外兩個(gè)支撐板之間有豎直超聲電機(jī)，所述豎直超聲電機(jī)的豎直轉(zhuǎn)盤通過緊固件與豎直連接板相連，所述豎直連接板通過緊固件與水平軸的端部相連，所述豎直超聲電機(jī)包括豎直電機(jī)殼、水平螺栓、豎直轉(zhuǎn)盤、豎直連接板、豎直壓電振子和豎直轉(zhuǎn)子，所述上支撐板左側(cè)支撐板處開有槽，所述豎直電機(jī)殼安放在槽內(nèi)，所述水平螺栓穿過豎直電機(jī)殼、豎直轉(zhuǎn)子和豎直壓電振子，所述上支撐板下方有水平超聲電機(jī)，所述水平超聲電機(jī)的水平固定基座通過4個(gè)支撐柱與立柱上方固定支撐板相連，所述水平超聲電機(jī)包括水平電機(jī)殼、豎直螺栓、水平固定基座、水平轉(zhuǎn)盤、水平轉(zhuǎn)子和水平壓電振子，所述水平固定基座(14)上開有槽，所述水平電機(jī)殼(7)安放在槽內(nèi)，所述水平電機(jī)殼內(nèi)有水平轉(zhuǎn)盤、水平轉(zhuǎn)子和水平壓電振子，所述豎直螺栓穿過水平轉(zhuǎn)盤、水平轉(zhuǎn)子、水平壓電振子和水平固定基座。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述豎直壓電振子和水平壓電振子均由金屬?gòu)椥泽w和壓電陶瓷粘貼構(gòu)成，所述金屬?gòu)椥泽w選用磷青銅，壓電陶瓷選用PZT8，并且對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行分區(qū)極化處理，并在壓電振子的齒面上粘涂有聚四氟乙烯基摩擦材料，這樣設(shè)計(jì)使轉(zhuǎn)子輸出力矩更大，轉(zhuǎn)速更加穩(wěn)定。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述豎直轉(zhuǎn)子和水平轉(zhuǎn)子為柔性轉(zhuǎn)子，材料選用硬鋁，這樣設(shè)計(jì)保證壓電振子與轉(zhuǎn)子徑向接觸良好。

本實(shí)用新型一種基于超聲馬達(dá)的雙軸太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置的跟蹤方法，具體跟蹤過程如下：

1)若在一段時(shí)間內(nèi)PSD位置傳感器所得到的位置信息不變，則判定為陰雨天氣，此時(shí)水平超聲馬達(dá)和豎直超聲馬達(dá)都不轉(zhuǎn)動(dòng)，跟蹤裝置不進(jìn)行自動(dòng)跟蹤；

2)若在一段時(shí)間內(nèi)PSD位置傳感器所得到的位置信息變化，則判定為晴天，此時(shí)水平超聲馬達(dá)的壓電振子發(fā)生高頻振動(dòng)，通過水平壓電振子和水平轉(zhuǎn)子間的摩擦力使水平轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，水平轉(zhuǎn)子帶動(dòng)與之固連的水平轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，水平轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)與之固連的上支撐板轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)方位角的跟蹤；而豎直超聲馬達(dá)的壓電振子也發(fā)生高頻振動(dòng)，從而使豎直轉(zhuǎn)子帶動(dòng)與之固連的豎直轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，豎直轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)與之固連的裝有水平轉(zhuǎn)軸的豎直連接板轉(zhuǎn)動(dòng)，水平轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)與之連接的轉(zhuǎn)架，從而帶動(dòng)太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)高度角的跟蹤。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步細(xì)化，所述雙軸太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置中太陽(yáng)位置判斷如下，將位置傳感器輸出的電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并進(jìn)行放大，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，送入單片機(jī)中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理得到太陽(yáng)光斑的位置坐標(biāo)，設(shè)光線照射在上的位置坐標(biāo)為(X,Y)，則PSD位置傳感器檢測(cè)到的太陽(yáng)位置為：

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步細(xì)化，所述水平超聲電機(jī)和數(shù)字超聲電機(jī)的表面行波的形成過程如下，其中超聲馬達(dá)利用壓電陶瓷作為換能元件，壓電陶瓷的兩相都是以相反的分區(qū)極化方式，使相鄰的壓電陶瓷分區(qū)分別產(chǎn)生伸張和收縮變形，從而使金屬?gòu)椥泽w產(chǎn)生振動(dòng)，V_A、V_B為兩存在相位差的余弦電壓，A相、B相分別在激勵(lì)電壓V_A、V_B的作用下使定子外圓邊上分別產(chǎn)生駐波振動(dòng)：

W_A(x，t)＝A cos kx cosωt (3)；

式中A、B分別為V_A、V_B激勵(lì)時(shí)定子振動(dòng)的振幅；k＝2π/λ＝n/R為振動(dòng)的波數(shù)；λ為波長(zhǎng)；n為振動(dòng)模態(tài)階數(shù)；R為定子環(huán)等效半徑；為A、B兩相驅(qū)動(dòng)間的相位差；α為A、B兩相振子間的空間間隔，α＝λ/4，故B相定子外圓產(chǎn)生的駐波振動(dòng)為：

兩相駐波疊加后形成的定子振動(dòng)方程為：

對(duì)于兩相駐波疊加后形成的定子振動(dòng)方程，定子表面質(zhì)點(diǎn)縱向振動(dòng)位移為：

其中h為定子上表面到中性層的距離。定子表面質(zhì)點(diǎn)縱向振動(dòng)的速度為：

定子表面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的縱向橢圓運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，縱向位移為零，即；

解得；

則；

其中負(fù)號(hào)表示定子表面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與行波前進(jìn)方向相反。忽略定轉(zhuǎn)子間的滑動(dòng)，故在定轉(zhuǎn)子接觸區(qū)域，定子表面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)速度相等，故轉(zhuǎn)子速度為：

PSD位置傳感器緊貼太陽(yáng)能電池板長(zhǎng)邊中線處，則對(duì)方位角、高度角調(diào)整時(shí)，用V_OX、V_OY分別表示方位角電機(jī)和高度角電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速:

因電機(jī)能快速帶動(dòng)太陽(yáng)能跟蹤裝置到達(dá)預(yù)定位置，且太陽(yáng)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度較慢，故在此處忽略太陽(yáng)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)對(duì)太陽(yáng)位置的影響。則超聲馬達(dá)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與太陽(yáng)位置的關(guān)系分別為：

其中a為太陽(yáng)能電池板短邊長(zhǎng)度；d為豎直超聲馬達(dá)螺栓軸線與太陽(yáng)能上表面中心的距離；l為PSD位置傳感器的邊長(zhǎng)；R_X、R_Y分別為水平電機(jī)和豎直電機(jī)的定子環(huán)等效半徑。將V_OX、V_OY帶入,其中水平方向和豎直方向分別得：

壓電陶瓷對(duì)稱極化時(shí)，A_X＝B_X＝C_X、A_Y＝B_Y＝C_Y,若同時(shí)保證A_X、B_X和A_Y、B_Y兩相的激勵(lì)電壓在時(shí)間上相差都為π/2,即則；

由式(19)、(20)可得；

其中t為電機(jī)開始工作和到達(dá)預(yù)定位置所用的時(shí)間，由上式可看出對(duì)于結(jié)構(gòu)已選定的超聲馬達(dá)，保證壓電陶瓷對(duì)稱極化，同時(shí)激勵(lì)壓電陶瓷的兩相電壓在時(shí)間上相差π/2，基于本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，可以看出作用在超聲馬達(dá)中的頻率和檢測(cè)出的太陽(yáng)位置息息相關(guān)，故可以根據(jù)PSD位置傳感器檢測(cè)出的位置信息來調(diào)節(jié)激勵(lì)超聲的頻率ω，從而調(diào)節(jié)超聲馬達(dá)的速度，使超聲馬達(dá)帶動(dòng)跟蹤裝置到達(dá)PSD位置傳感器檢測(cè)出的太陽(yáng)位置。

本實(shí)用新型提供一種基于超聲馬達(dá)的雙軸太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置，該太陽(yáng)能跟蹤裝置對(duì)太陽(yáng)方位角的跟蹤是通過兩自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下部分的水平安裝的超聲馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制實(shí)現(xiàn)的，對(duì)太陽(yáng)高度角的跟蹤是通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上部分的豎直安裝的超聲馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制實(shí)現(xiàn)的，對(duì)太陽(yáng)位置的判斷是通過PSD位置傳感器來實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型采用一個(gè)二自由度的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來保證太陽(yáng)能電池板與太陽(yáng)光始終垂直，可提高太陽(yáng)能的利用率；采用超聲馬達(dá)直接帶動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，無需齒輪等減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型側(cè)視圖；

圖3為本實(shí)用新型局部結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本實(shí)用新型PSD位置傳感器的結(jié)構(gòu)；

圖5為本實(shí)用新型超聲馬達(dá)定子表面行波的形成過程；

圖中構(gòu)件為：

1、太陽(yáng)能電池板；2、上框架；3、轉(zhuǎn)架；4、緊固件；5、水平軸；6、上支撐板；7、水平電機(jī)殼；8、豎直螺栓；9、固定支撐板；10、立柱；11、豎直電機(jī)殼；12、水平螺栓；13、豎直連接板；14、水平固定基座；15、水平轉(zhuǎn)盤；16、水平轉(zhuǎn)子；17、金屬?gòu)椥泽w；18、壓電陶瓷；19、PSD位置傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本實(shí)用新型提供一種基于超聲馬達(dá)的雙軸太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電裝置，通過兩自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下部分的水平安裝的超聲馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制實(shí)現(xiàn)的，將超聲馬達(dá)與太陽(yáng)能發(fā)電裝置有效結(jié)合，并且配套獨(dú)創(chuàng)的優(yōu)化跟蹤方法，從而達(dá)到最佳發(fā)電效果。

作為本實(shí)用新型的一種實(shí)例，本實(shí)用新型提出了如圖1-3所示的一種基于超聲馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的太陽(yáng)能跟蹤裝置，包括包括一個(gè)立柱10、一個(gè)兩自由度的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)架3、上框架2、太陽(yáng)能電池板1、PSD位置傳感器。所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分上下兩部分，上下兩部分分別水平和豎直安裝一結(jié)構(gòu)相同的超聲馬達(dá)。所述下部分由固定支撐板9、水平固定基座14、水平壓電振子，即金屬?gòu)椥泽w17和壓電陶瓷18構(gòu)成、摩擦材料、水平轉(zhuǎn)子16、水平轉(zhuǎn)盤15、螺栓8構(gòu)成。所述上部分由上支撐板6、豎直壓電振子、摩擦材料、豎直轉(zhuǎn)子、豎直轉(zhuǎn)盤、豎直連接板13、水平軸5、軸承構(gòu)成。所述立柱10固定安裝在樓頂或者空曠的無遮擋物的室外，所述固定支撐板9與立柱10固連，固定支撐板9與水平固定基座14上設(shè)有四個(gè)固定的套筒，通過短立柱和緊固件4將二者固定連接。水平壓電振子通過三個(gè)螺釘與水平固定基座14固連，水平轉(zhuǎn)子16通過三個(gè)螺釘與水平轉(zhuǎn)盤15固連，螺栓8將壓電振子與轉(zhuǎn)子16連接起來，通過調(diào)節(jié)螺栓8的擰緊力來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子16與壓電振子間的預(yù)壓力，從而調(diào)節(jié)超聲馬達(dá)的輸出特性。水平轉(zhuǎn)盤15與上支撐板6的連接方式與固定支撐板9和水平基座14的連接方式相同。上支撐板6的支撐架一和支撐架二間的中心設(shè)置在整個(gè)立柱10的軸心處，保證整個(gè)裝置的中心都集中在立柱10中心，支撐架一和支撐架二處作為安裝軸承的軸承座。支撐架三和豎直壓電振子通過三個(gè)螺釘固連，豎直超聲馬達(dá)內(nèi)部連接方式與水平超聲馬達(dá)的相同。水平軸5安裝的軸心與豎直超聲馬達(dá)的軸心在同一水平線，以保證跟蹤精度。所述壓電振子由經(jīng)過分區(qū)極化處理的壓電陶瓷18和開有齒的磷青銅圓環(huán)17構(gòu)成，磷青銅齒環(huán)與內(nèi)部基座間設(shè)置一段較薄的環(huán)，用于隔振。所述轉(zhuǎn)子采用柔性結(jié)構(gòu)，以改善壓電振子與轉(zhuǎn)子間的徑向接觸狀況。

本實(shí)用新型所述的一種基于超聲馬達(dá)的雙軸太陽(yáng)能跟蹤裝置的跟蹤過程，具體跟蹤過程如下：

1)若在一段時(shí)間內(nèi)PSD位置傳感器所得到的位置信息不變，則判定為陰雨天氣，此時(shí)水平超聲馬達(dá)和豎直超聲馬達(dá)都不轉(zhuǎn)動(dòng)，跟蹤裝置不進(jìn)行跟蹤。

2)若在一段時(shí)間內(nèi)PSD位置傳感器所得到的位置信息變化，則判定為晴天，此時(shí)水平超聲馬達(dá)的壓電振子發(fā)生高頻振動(dòng)，通過水平壓電振子和水平轉(zhuǎn)子16的摩擦接觸，水平轉(zhuǎn)子16轉(zhuǎn)動(dòng)，水平轉(zhuǎn)子16帶動(dòng)與之固連的水平轉(zhuǎn)盤15轉(zhuǎn)動(dòng)，水平轉(zhuǎn)盤15帶動(dòng)與之固連的上支撐板6轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)方位角的跟蹤；而豎直超聲馬達(dá)的壓電振子也發(fā)生高頻振動(dòng)，從而使豎直轉(zhuǎn)子帶動(dòng)與之固連的豎直轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，豎直轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)與之固連的裝有水平轉(zhuǎn)軸的豎直連接板13轉(zhuǎn)動(dòng)，水平轉(zhuǎn)軸5帶動(dòng)與之連接的轉(zhuǎn)架3，從而帶動(dòng)太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)高度角的跟蹤。跟蹤裝置不斷根據(jù)PSD位置傳感器所采集的信息，使得水平超聲馬達(dá)和豎直超聲馬達(dá)不斷帶動(dòng)上支撐板6和水平軸5轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)定位置，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤裝置對(duì)太陽(yáng)方位角和高度角的跟蹤，使太陽(yáng)能電池板始終與太陽(yáng)光線保持垂直。

基于本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)雙軸跟蹤結(jié)構(gòu)，將PSD位置傳感器檢測(cè)的位置信號(hào)與超聲馬達(dá)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)頻率結(jié)合起來。

PSD位置傳感器的檢測(cè)原理：PSD是一種連續(xù)位置的光學(xué)探測(cè)器，PSD獲取的位置與落在探測(cè)器上的光斑形狀無關(guān)。面型PSD可以測(cè)出二維平面上的位置坐標(biāo)，PSD位置傳感器結(jié)構(gòu)如圖4所示。將位置傳感器輸出的電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并進(jìn)行放大，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，送入單片機(jī)中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理得到太陽(yáng)光斑的位置坐標(biāo)，設(shè)光線照射在上的位置坐標(biāo)為(X,Y)，則PSD位置傳感器檢測(cè)到的太陽(yáng)位置為：

超聲馬達(dá)的運(yùn)行機(jī)理：超聲馬達(dá)利用壓電陶瓷作為換能元件，壓電陶瓷的兩相都是以相反的分區(qū)極化方式，使相鄰的壓電陶瓷分區(qū)分別產(chǎn)生伸張和收縮變形，從而使金屬?gòu)椥泽w產(chǎn)生振動(dòng)。圖5為本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)行波型超聲馬達(dá)定子表面行波的形成過程，V_A、V_B為兩存在相位差的余弦電壓，A相、B相分別在激勵(lì)電壓V_A、V_B的作用下使定子外圓邊上分別產(chǎn)生駐波振動(dòng)：

W_A(x，t)＝A cos kx cosωt (3)；

式中A、B分別為V_A、V_B激勵(lì)時(shí)定子振動(dòng)的振幅；k＝2π/λ＝n/R為振動(dòng)的波數(shù)；λ為波長(zhǎng)；n為振動(dòng)模態(tài)階數(shù)；R為定子環(huán)等效半徑；為A、B兩相驅(qū)動(dòng)間的相位差；α為A、B兩相振子間的空間間隔，α＝λ/4，故B相定子外圓產(chǎn)生的駐波振動(dòng)為：

兩相駐波疊加后形成的定子振動(dòng)方程為：

對(duì)于兩相駐波疊加后形成的定子振動(dòng)方程，定子表面質(zhì)點(diǎn)縱向振動(dòng)位移為：

其中h為定子上表面到中性層的距離。定子表面質(zhì)點(diǎn)縱向振動(dòng)的速度為：

定子表面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的縱向橢圓運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，縱向位移為零，即；

解得；

則；

其中負(fù)號(hào)表示定子表面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與行波前進(jìn)方向相反。忽略定轉(zhuǎn)子間的滑動(dòng)，故在定轉(zhuǎn)子接觸區(qū)域，定子表面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)速度相等，故轉(zhuǎn)子速度為：

PSD位置傳感器緊貼太陽(yáng)能電池板長(zhǎng)邊中線處，則對(duì)方位角、高度角調(diào)整時(shí)，用V_OX、V_OY分別表示方位角電機(jī)和高度角電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速:

因電機(jī)能快速帶動(dòng)太陽(yáng)能跟蹤裝置到達(dá)預(yù)定位置，且太陽(yáng)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度較慢，故在此處忽略太陽(yáng)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)對(duì)太陽(yáng)位置的影響。則超聲馬達(dá)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與太陽(yáng)位置的關(guān)系分別為：

其中a為太陽(yáng)能電池板短邊長(zhǎng)度；d為豎直超聲馬達(dá)螺栓軸線與太陽(yáng)能上表面中心的距離；l為PSD位置傳感器的邊長(zhǎng)；R_X、R_Y分別為水平電機(jī)和豎直電機(jī)的定子環(huán)等效半徑。將V_OX、V_OY帶入,其中水平方向和豎直方向分別得：

壓電陶瓷對(duì)稱極化時(shí)，A_X＝B_X＝C_X、A_Y＝B_Y＝C_Y,若同時(shí)保證A_X、B_X和A_Y、B_Y兩相的激勵(lì)電壓在時(shí)間上相差都為π/2,即則；

由式(19)、(20)可得；

其中t為電機(jī)開始工作和到達(dá)預(yù)定位置所用的時(shí)間，由上式可看出對(duì)于結(jié)構(gòu)已選定的超聲馬達(dá)，保證壓電陶瓷對(duì)稱極化，同時(shí)激勵(lì)壓電陶瓷的兩相電壓在時(shí)間上相差π/2，基于本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，可以看出作用在超聲馬達(dá)中的頻率和檢測(cè)出的太陽(yáng)位置息息相關(guān)，故可以根據(jù)PSD位置傳感器檢測(cè)出的位置信息來調(diào)節(jié)激勵(lì)超聲的頻率ω，從而調(diào)節(jié)超聲馬達(dá)的速度，使超聲馬達(dá)帶動(dòng)跟蹤裝置到達(dá)PSD位置傳感器檢測(cè)出的太陽(yáng)位置。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本實(shí)用新型作任何其他形式的限制，而依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍。