基于面内弯曲模态直线超声电机振子研究

提出了一种矩形振子面内弯曲模态直线超声电机,分析了振子面内弯曲模态的激发原理及电机的驱动机理。运用动力学分析法,建立了矩形振子的动力学模型,分析讨论了振子结构参数及弹性体材料对振子模态频率的影响,并进行了相应的扫频实验研究。动力学计算与实验测试结果比较表明,在自由边界条件下,理论分析结果与实测结果基本一致,研究结果为利用面内模态直线超声电机的设计提供了依据。     

一种新型双驱动足直线超声电机的研究

提出一种新型的双驱动足直线超声电机.该电机定子为圆柱结构,2个正交的4阶同形弯曲模态为工作模态.在相差90°的两相同频率电信号激励下,定子产生回转运动,其上两个作为驱动足的圆盘交替推动直线导轨,实现双向直线运动.原理样机的最大推力为5.5 N,速度为103 mm/s,效率为33%.     

柱面双足驱动杆式振子直线超声电机研究

该文设计了一种双驱动足直线超声电机,其振子具有对称圆锥变幅杆的双驱动足结构,工作模态为相互正交的2个三阶弯曲振动。建立了振子有限元模型,分析了振子主要结构参数尺寸对2个柱面驱动足模态的影响规律。并基于此以降低2个驱动足工作模态频率差,提高工作模态与干扰模态频率差为多重目标,对振子尺寸进行了优化设计。实验测试结果表明,优化后2个驱动足工作模态频率差降低了67.2%,所设计的双足直线超声电机最高速度大于320 mm/s,最大负载大于11 N。     

三种弯曲旋转超声电机的原理及研究

介绍了三种不同结构的弯曲振动模态超声微电机。详细讨论了它们共同的驱动原理，分别介绍了压电片夹心式和压电管式电机的结构特点及性能测试。在此基础上，研制了一种更易实现微型化的压电柱式超声微电机，并介绍了它的极化原理及结构。文章对弯曲振动模态超声电机的设计具有指导意义，对其深入研究具有参考价值。     

一种弯曲模态直线超声电机的研究

提出了一种改进的弯曲模态直线超声电机。该电机利用兰杰文振子两相正交的3阶弯曲振动,在其驱动足处形成椭圆运动,推动动子运动。采用超声变幅放大了定子驱动足处的振幅。利用有限元方法用来设计定子的结构尺寸。实验表明,在电压峰-峰值200V下,该电机最大空载速度为113mm/s,最大输出力为10N。     

一种新型驻波直线超声电机的研究

所叙述的一种新型驻波直线超声电机,它利用单相信号激发出动子的一阶弯曲模态,完全不同于一般直线型超声电机利用纵－弯或弯－弯复合模态。文中详细研究了适用于自振荡电路来驱动的该电机的原理、齿的运动轨迹,用有限元分析了该电机动子的工作模态,并在实验上验证了上述理论的正确性。     

弯振模态板状直线超声电机的研究

通过改进直线超声电机的驱动足、夹持等结构形式,提高了电机的输出特性。设计了一款新型直线电机,电机由对称分布的板状振子和具有柔性的驱动足组成。通过ANSYS软件建立了电机有限元模型并分析电机工作模态,根据模态一致性原则设计电机尺寸;利用板状结构的弯振模态,降低了驱动频率,提高了输出效率;电机驱动足具有一定的柔性,在夹持组件作用下实现预压力的施加。最后对样机开展实验研究,结果表明,电机定子模态测试数据与仿真分析结论吻合,工作频率为27.5kHz,附近无干扰模态,相位差为90°,工作时发热较少;最大输出力为44N;双向驱动速度一致性良好,其中最大输出速度为267mm/s。     

一种新型的二自由度直线型超声电机

首次提出了一种新型二自由度的直线超声电机，阐述了该电机的基本结构和产生二自由度直线运动的驱动原理，利用有限元法设计了电机，并制造了样机，扫频和激光散斑等实验证明了理论分析和设计的正确性。     

复合材料超声波直线电机的运动控制

针对复合材料超声直线电机振动体具有两个固有频率的特点，设计了具有频率跟踪特性的超声直线电机驱动器，利用激励信号频率变化改变电机运动方向，实现了超声直线电机的运动控制。     

基于PWM的超声直线电机驱动源设计

根据复合材料超声直线电机振动体具有两个固有频率的特点,设计了一种能综合调整激励信号幅值及频率的超声直线电机驱动源。采用微控制器的脉宽调制(PWM)输出作激励信号,结合光栅编码器获取电机的位置信息,实现了电机位置、速度及运行方向控制。     

复合型直线超声波马达

国内外对直线型超声波马达的理论探索和研制进行了大量的研究。根据近十几年来国内外的有关文献资料,从振动模态的角度分类总结了国内外纵弯型、纵扭型、纵振型、弯振型四类典型直线型超声波马达的发展及其研究现状,并概述了其工作原理和特点。     

双足压电振子驱动模式的比较研究

为比较驻波直线超声电机双驱动足同时驱动与交替驱动的两种工作模式,该文提出了一种多足驱动的超声电机振子。该振子双侧共有4个驱动足,其中一侧的2个驱动足实施同时驱动模式,另一侧的2个驱动足实施交替驱动模式,便于比较及分析两种模式之间的性能差异。通过有限元仿真确定了压电振子的结构尺寸、弯曲工作模态及固有频率,制作振子并开展了振子的振动特性和输出性能及其比较的实验研究。实验结果表明,在激励电压峰峰值100 V、谐振频率26.30 kHz的条件下,交替驱动时空载速度和最大输出力比同时驱动提高了14%和40%。在交替驱动模式下,避免了因多个驱动足互相干扰动子而导致压电振子输出功率降低的问题,输出速度和输出力得以提高,与同时驱动模式相比,交替驱动模式有利于改善输出性能。     

用于挠性驱动的双足压电作动器的研究

为了进一步拓展压电式挠性驱动的研究和大包角挠性驱动机理,该文提出了一种用于挠性驱动的双足压电作动器。压电作动器结构为带有两圆柱驱动足的方形截面梁,在驱动足外圆柱面加工螺旋槽,既保证了挠性丝与驱动足的充分接触,又使挠性丝缠绕多圈时不会相互影响。根据设计思路,使用ANSYS有限元分析软件建立压电作动器的有限元模型,并确定其合适的工作模态。结果表明,利用有限元分析可得到压电作动器的两同频正交二阶弯曲模态的固有频率为27.8 kHz。通过理论分析与数值模拟探索了正压力及包角大小对驱动效果的影响,并在一种旋转直线超声电机振子上验证其可行性。     

一类行波型直线超声电机定子的优化设计

针对一类环形行波型直线超声电机定子的动态设计提出一种间接优化方法。数值研究表明，该优化方法能保证定子存在按设计所需的正交的弯曲振动模态。对自行研制的直线超声电机定子，进行了激光测振，实验结果表明定子的弯曲振动固有频率差的设计计算值与相应的共振频率差的测试值吻合。     

压电陶瓷材料对超声马达性能的影响

考察了３种不同性能的压电陶瓷材料,即偏硬性的铌镁－铌锰－锆钛酸铅（ＰＭＭＮ－ＰＺＴ）、软件的铌镁－铌镍－锆钛酸铅（ＰＭＮ－ＰＮＮ－ＰＺＴ）和性能介于二者之间的经ＭｎＯ２添加改性的ＰＭＮ－ＰＮＮ－ＰＺＴ对压电马达性能的影响。利用这３种压电陶瓷材料作为一种摇头式压电超声马达的定子换能器,分别考察了它们对转速、力矩输出、效率和定子换能器的频带宽度等性能的影响。作为对比,也考察了研制的压电马达和日本同类压     

Analysis,measurement and control of a new disc-type ultrasonic motor system

This paper first presents an equivalent circuit model of a new disc-type ultrasonic motor and discusses its applications in evaluation of the stator’s frequency characteristics. The equivalent circuit analysis is based on the principle of ultrasonic motor operations and is conducted from the viewpoint of the mechanic vibration of the piezoelectric ceramic disk. Furthermore, because drift of the piezostator characteristics will cause variation of the motor speed, a controller is thus necessary in order to produce a constant output speed. In this research, the speed control scheme is implemented by using current modulation, so the revolutional speed will be kept constant. Meanwhile, the frequency behaviour of the proposed motor and its consequences on speed control scheme are discussed. Finally, a 3-D mechanical element with an extra electrical degree of freedom is employed to simulate the dynamic vibration modes of the linear piezoelectric, mechanical and piezoelectro-mechanic behaviours of a metal disc structure embedded with a piezoelectric actuator. In piezoelectric finite element formulation, a discretized equation of motion is developed and solved by using the integration scheme to explain why an adaptive boundary condition, a simple support condition with three non-equal-triangular (120°–90°–150°) fixed points near the edge for the mechanical design of a new disc-type piezoelectric ultrasonic stator, is defined so that a lateral elliptical motion of the contact point between stator and rotor can be realized for driving the rotor.     

面内弯纵型直线超声电机的数学模型与实验研究

提出了一种弯纵复合振动型的直线超声电机,电机由一块金属板和8片压电陶瓷片组成,金属板开设了4个长形孔,金属板开孔使电机的工作频率点得到优化.通过电机定子的机电耦合分析,提出了弯纵型直线超声电机的数学模型.弯纵复合振动的激发使定子驱动足的椭圆运动轨迹得以形成.通过实验验证了电机的可行性.