超声波电动机定子支撑对其性能影响的有限元分析

行波型超声波电动机的定子支撑对其振动模态影响很大,其厚度、位置以及长度的变化直接影响到电动机的振型,从而对超声波电动机的运行特性、输出特性有较大的影响。本文以直径为100mm的行波型超声波电动机定子为例,利用有限元方法分析了超声波电动机在其支撑影响下的振动模态变化,并进一步分析其对电动机性能的影响。     

一种超声波电动机直线平台的研究

设计制作了一种双定子直线型超声波电动机，进行了定子的优化设计及振动模态分析。介绍了一套使用该电机直接驱动的一体化工作台。对预压力的施加方式和预压力与推动力之间的关系进行了研究。实验结果表明，该平台能够实现平稳往复运动。     

多振动片式驻波型超声波电动机及其实验研究

从振动理论出发，在单片式回转型超声波电动机的基础上，设计制作一台新型多片式超声波电动机的样机，通过对样机的性能进行测试，分析了电动机的谐振频率、输入电压和预压力对超声波电动机性能的影响，得出了提高超声波电动机性能的关键参数。     

单模态纵-弯复合直线电动机的机理与特性

提出了一种融合一阶纵振和四阶弯曲振动模式的单模态直线超声波电动机,介绍了电动机的结构和运行机理,利用有限元方法建立了电动机定子的机电耦合模型,仿真分析了电动机定子的振动特性,确定了电动机定子工作模态和工作频率;利用弹性杆的纵振动和悬臂梁的弯曲振动理论建立了电动机驱动足椭圆运动轨迹方程,分析了激励电压相位差对电动机椭圆轨迹的影响;利用粘弹性接触机理给出了电动机的机械特性输出曲线,分析了预压力、激励电压幅值和激励频率等对电动机输出特性的影响。通过数值和仿真分析得出:单模态直线超声波电动机的工作频率为39 860 Hz,在外加激励电压Up-p=100 V时,电动机最大输出推力和空载速度分别达到19.1 N和310 mm·s~(-1)。     

行波型超声波电动机PZT极化分区优化设计方法

为提高行波型超声波电动机的机械输出性能,根据超声波电动机定转子接触面力传递模型提出了基于能量指标的超声波电动机优化设计方法,以能量指标参数作为电动机优化设计的评价依据.建立超声波电动机定子有限元模型,计算得到电动机不同工作模态下的能量指标,在此基础上重点探讨了能量指标对压电陶瓷的极化分区模式优化设计的影响,提出改进的B...     

超声波电动机输出性能的模拟分析

考虑定子弹性体的接触变形和摩擦驱动过程中的轴向及周向阻尼,以赫兹接触理论和库伦模型为基础,采用Simulink模块化方法建立超声波电动机接触界面的解析模型.以柔性转子和刚性定子构成的USM60电机为例,分析了预压力和压电激励频率对超声波电动机机械特性的影响.结果表明,预压力及其引起的定子弹性变形对超声波电动机的机械特性影响明显.当增大预压力时,电机转速和输出扭矩均有增大,但各自增幅有所差异.另外,在既定的算例中,压电激励频率对输出特性近似成正线性比例的影响.     

纵-弯复合旋转式超声波电动机的优化设计与性能分析

提出一种采用压电叠堆和压电双晶悬臂板构成的新型纵-弯复合旋转式超声波电动机,利用电动机定子的一阶纵振动和二阶弯曲振动模态复合形成接触头的椭圆运动,实现电动机的旋转驱动。分析了电动机的总体结构和运行机理,利用有限元方法建立了电动机定子的机电耦合模型,通过对定子的模态分析和结构优化设计,确定了定子的两个工作模态以及两工作模态频率的调谐。通过对定子振动特性的分析,验证了电动机设计方法和设计思路的正确性。最后,利用冲量定理和能量守恒原理建立了电动机的力传递模型,数值分析了电动机的机械输出特性。研究结果对于改善和优化超声波电动机的输出性能以及电动机的建模具有实践指导作用。     

新型碗状超声波电动机的研究

针对一类定子结构不确定的超声波电动机,基于压电陶瓷片的逆压电效应,构造出一种碗状型的新型超声波电动机。通过对压电换能器尺寸的设计与调整,从而使电机的部分性能得到优化。利用ANSYS有限元分析的方法对超声波电动机压电换能器进行模态分析和谐响应分析。建立以谐振频率和预压力为超声波电动机基本性能测评标准,并通过实验来验证设计的准确性。     

H形直线超声波电动机的研究

在纵弯复合模态直线超声波电动机的基础上提出一种H形直线超声波电动机,该电机基于H形压电振子两侧金属直梁的一阶伸缩振动模态和三阶面内弯曲振动模态的叠加,在四个驱动足驱动下交替实现力的输出,通过改变两个工作模态相位差来实现速度控制及正、反方向驱动.利用有限元数值方法对振子进行了模态优化设计,确定了振子的结构参数,并加工制作了原理样机,对样机的输出特性进行了实验研究.该模型样机在驱动频率为30.70 kHz时,动子最大速度为230 mm/s,单侧驱动力为0.47 N.     

预压力对超声波电动机性能影响的实验研究

简单介绍了超声波电动机的驱动原理,分别建立了电动机频率特性、噪声特性、温度特性和机械特性等实验平台;在此基础上,采用对比试验法分别研究了预压力对电动机谐振频率、噪声特性、机械特性、温度特性以及电动机压电陶瓷夹持电容等的影响.结果表明:电动机谐振频率随预压力的增加而升高,而压电陶瓷夹持电容却随预压力的增加减小;增加预压力可以避免电动机出现模态混叠现象,并能有效抑制电动机噪声强度;适当的预压力有利于提高电动机的机械性能和降低电动机因摩擦损耗产生的热量.研究结果为超声波电动机的设计和控制提供了参考依据.     

超声波电动机导纳测试与动态特性分析

分析了超声波电动机的导纳 -频率特性,提出了超声波电动机等效电路模型参数的测量方法,依据分析动力学原理分析预测结果,计算了等效电路模型的参数及其动态特性,并与实验测试结果进行了对比验证。将超声波电动机的机械特性和电学特性有机结合起来,给出了用于预测和分析动力学特性的有效方法,确定了超声波电动机的最佳工作频段,提出了超声波电动机的优化设计原则及电机与驱动电路匹配方法。     

卧板式直线超声电机的特性分析模型

直线超声电机摩擦接触特性对电机性能的影响很大,直线超声电机的摩擦驱动机理往往不同于旋转超声电机,无法应用旋转超声电机的接触模型对其进行分析。针对一款卧板式直线超声电机,基于弹性接触理论建立了其摩擦接触分析及特性预估模型。该模型考虑了施加预压力后定子工作状态的改变,以及定、动子相对滑动速度差对摩擦力的影响。利用所建立的模型,对卧板式直线超声电机的机械输出特性进行了仿真计算,并分析了定子振动特性、预压力、接触界面摩擦特性、施加预压力弹簧刚度特性、驱动频率等参数对电机机械特性的影响。制作了样机,并对样机的机械性能进行了测试。试验结果表明,所建立的模型对直线超声电机特性的估算是有效的,可以为直线超声电机的设计和特性分析提供参考。     

超声波电机定转子接触的摩擦传动模型及其实验研究

超声波电机是一种利用超声振动和摩擦力为驱动源的新原理电机。对行波型超声波电机定子转子之间的磨擦传动动模型进行了深入研究。在分析过程中,考虑了定转子之间的粘滑特性,获得了行波型超声波电机特性与结构参数之间关系的解析表达式,为电机的设计和制造提出理论依据。     

真空环境下杆式超声波电动机负载特性的测量方法

为实现杆式超声波电动机在真空环境中负载特性的快速测量,根据瞬态响应法测量负载特性的基本原理,研制出超声波电动机瞬态响应测试系统,该系统能够实现超声波电动机在起动10 ms内转速瞬态响应的测量和负载特性的间接计算.在常态环境中采用挂砝码法和瞬态响应法对φ30mm杆式超声波电动机的负载特性进行了测量,两者测试结果基本一致,证明瞬态响应法用于测量超声波电动机的负载特性是可行的.随后在真空环境中,采用瞬态响应法实现了杆式超声波电动机瞬态响应和负载特性的测量,表明该方法适用于超声波电动机在真空环境中负载特性的测量.     

环形驻波超声波电机定转子接触摩擦模型

超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。针对环形驻波超声波电机定转子接触摩擦问题,采用库伦摩擦+黏性摩擦定律建立了定转子接触摩擦模型。采用所建立的模型分析了一个振动周期内接触界面的摩擦力变化情况,也研究了定子不同径向振幅以及结构参数对电机输出性能的影响。最后,测量了电机的转矩 转速特性,并将测量值与计算值进行对比,二者吻合度较好。另外,对比了基于库伦摩擦定律所建立模型的转矩 转速特性计算值,对比结果表明,与基于库伦摩擦定律所建立的模型相比,基于库伦摩擦+黏性摩擦定律所建立的模型能更准确地描述定转子接触界面的摩擦传动特性。     

双向驻波型直线超声波电动机

提出了一种结构简单、驱动方便的双向驻波型直线超声波电动机,介绍了该电机的基本原理,在AN-SYS计算分析的基础上进行优化设计,并研制了相应样机验证了上述思想。     

超声波电机驱动控制的DSP软件实现

超声波电机是多学科交叉发展的一种新原理微电机。主要介绍一种基于DSP56F801的超声波电机驱动与控制的软件实现方法，并结合硬件电路进行实验，结果证明软件实现方法设计合理，能同时满足超声波电机的调频、调压、调相控制。     

永磁同步力矩电机的多领域联合设计与分析

基于Ansys、MATLAB/Simulink等仿真软件,对永磁同步力矩电机的工作特性进行多领域分析。以抑制转矩脉动和振动为目标对电机进行电磁仿真和模态分析;仿真电机空载最高转速的转子离心应力和转子结构形变;校核技术指标要求的最高转速工作点的运行可靠性;基于Ansys Simplorer平台对电机控制系统的转矩特性进行联合仿真;分析电机加工工艺对电机性能的影响。从而从整体系统角度出发,寻求最优的电机设计方案。     

基于ANSYS的矩形压电振子瞬态特性分析

主要研究了矩形复合压电振子的瞬态特性,借助ANSYS分析软件,对该瞬态动力学特性进行仿真,提取节点数据并结合理论进行分析,可以得到超声波电动机的瞬态特性指标,进而预估超声波电动机的机械性能。     

YQ-190异步牵引电机电磁场有限元分析

电机是一个由非线性、多变量和多物理场耦合关系构成的机电能量转换装置。车辆用异步牵引电机具有较复杂的运行特性,为了更好的分析异步牵引电机的运行特性及不同环境下电机参数变化特征,文章借助Ansoft公司的Maxwell 2D模块,建立一种功率为190kW地铁车辆用异步牵引电机模型。利用电磁场有限元软件,分析异步牵引电机在不同运行状态下电机参数及相关特性变化曲线,为异步牵引电机的优化设计提供理论依据。