双变幅杆V形直线超声电机研究

提出一种改进的V形直线超声电机.该电机利用两垂直兰杰文振子的纵、弯振动,在其驱动足处形成椭圆运动,推动动子运动.采用超声变幅杆结构的兰杰文振子,放大了定子驱动足处的振幅.有限元法用来设计定子结构尺寸,调节对称模态与反对称模态的频率一致性.实验表明,在预压力50 N下,该电机最大空载速度为235 mm/s,最大输出力21.4 N,定子质量为87.3 g,推重比达25.     

新型纵弯超声电机振子的设计与分析

提出了一种新型纵弯超声电机振子结构,本振子分为两组进行激励,通过控制输入激励信号,实现在振子上激励出在时间上相差π/2的纵弯模态响应,纵弯模态响应叠加在振子驱动足上产生椭圆运动轨迹,进而通过驱动足和动子之间的摩擦作用,使动子产生运动。该文在分析该振子工作机理的基础上,建立了纵弯振子的参数化有限元模型,通过模态分析进行模态特征频率的结构参数灵敏度分析,最终实现振子的纵弯模态的匹配。并对振子驱动足表面质点振动轨迹进行了分析,瞬态分析得到振子驱动足表面质点运动轨迹接近理想的椭圆轨迹,分析结果为物理样机的研制提供了理论依据。     

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。     

弯扭复合模态超声电机振子的优化设计

针对目前超声电机振子主要采用纵振或弯振复合而较少采用扭曲振动的形式,该文设计了一种弯扭复合模态的超声电机振子,该振子的振动模态由一阶扭转振动模态和二阶弯曲振动模态耦合而成。采用有限元法对二阶弯曲振动模态和一阶扭转振动模态固有频率在不同振子尺寸参数下的规律进行分析,并将这些规律拟合为两个多维函数的基础上,以提高二阶弯曲振动模态和一阶扭转振动模态固有频率一致性为目标,采用最速下降法对振子结构进行优化设计。实验结果表明,优化设计后振子的二阶弯曲和一阶扭转振动固有频率一致性较优化前有明显提高。     

基于H卧板面内四足驱动的平面超声电机

提出H结构定子三相振动模态驱动的平面超声电机,设定H卧板两纵杆端部处于xOy面内的四个凸起作为定子驱动足。通过H结构的面外二弯模态分别与面内一纵模态以及面内二弯模态的振动复合,在驱动足合成出沿yOz面、xOz面的椭圆轨迹,推动动子交替地沿x、y向做直线运动。阐释了电机的工作原理,推导出驱动足的两相空间椭圆轨迹方程;建立了定子有限元分析模型,实现了定子频率一致性动力学特性优化,仿真出驱动足的频响特性、振动响应及其运动调节特性,设计了电机的装配结构。模拟了仿真定子的运动,结果表明,驱动足沿x、y、z向振幅均达微米级,且调节激励电压和相位可调节电机x、y向速度与推力。该电机具有广阔应用前景。     

盆架形压电振子同型模态驱动平面电机研究

为满足高精度平面运动的需求,提出了一种盆架形的平面超声电机,选取该定子的反对称纵向伸缩振动、左右方杆面内一阶弯振、前后方杆面内一阶弯振模态为工作模态,纵振模态与弯振模态复合形成xOz、yOz面的椭圆运动。该文阐述了电机的驱动原理,基于ANSYS分析软件建立了定子有限元模型,优化了结构尺寸,实现了干扰模态分离,进行了谐响应和瞬态分析,进行了运动调节特性分析。基于频率一致性优化得到盆架形定子的整体尺寸为53.136 mm×4.550 mm×4.560 mm,定子驱动足上x、y、z向振幅分别为2.0 μm、1.49 μm、3.36 μm,模拟出了椭圆运动轨迹,验证了该平面电机具有良好的运动特性,并给出了定子固定方式及设计了电机装配结构。     

解决超声电机定子模态混叠的有效方法

针对超声电机定子在设计过程中的模态混叠现象,从定子的灵敏度分析出发,利用有限元法,计算出旋转型行波超声电机定子的模态频率对各结构参数的灵敏度,寻找出分离超声电机定子工作模态与非工作模态的一般方法。文中以南京航空航天大学超声电机研究中心研制的某TRUM-60旋转型行波超声电机为例,对其工作模态与非工作模态进行了分离,计算结果表明,该文提出的方法能很好的把工作模态与非工作模态分开。试验也证明该办法是行之有效的。     

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。     

V形大推力直线型超声电机的运动机理分析

随着超声电机应用的进一步深入,在工业机器人、航空航天等应用领域,需要一种具有较大输出力的直线型超声电机。因此,如何提高直线型超声电机的输出力成为超声电机研究者所关心的课题,国内外很多学者都曾致力于大输出力的直线型超声电机的研究,以进一步扩大其应用领域。目前,国内外的研究多集中于电机内部结构的各种改进方案上。1999年,日本学者Kurosawa提出了一种可用于直线型超声电机的高速、大推力压电振子,该振子利用面外振动模态工作。加上动子,即可构成直线型超声电机,它具有结构简单,输出速度和力较大的特点。该文采用运动矢量分析法,对该种电机的运动机理进行分析,并在此基础上设计制作了样机,该样机的最大速度可达0.9 m/s,最大推力可达20 N。     

一种新型多定子直线型超声电机的研究

直线型超声电机具有可直接驱动、精度高、响应快、适用于真空环境等优点，但驱动力较小。为提高工作台的负载能力，该文提出并研制了一种多定子直线型超声电机。样机由两个定子和一个动子(与工作台台面相联)组成。定子是一个利用1阶纵振和2阶弯振、带双足的兰杰文振子，双足交替驱动。讨论了该电机的驱动机理，对定子的结构进行了优化设计，给出了定子、动子、工作台一体化的设计方案，并对电机的输出性能做了初步的实验研究。     

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。     

新型锥壳形旋转超声电机的研究

该文提出了一种新型锥壳形旋转行波超声电机,该锥壳形超声电机振子的三阶弯曲振动模态可以将面内、外弯曲振动结合起来,实现新型振动模式的行波驱动。利用有限元软件确定了振子结构尺寸、三阶弯曲振型及频率并制作了原理样机,对原理样机振动特性及输出性能进行了测试。测试结果表明,当激励电压峰峰值为240 V,谐振频率为27.53 kHz时,空载时超声电机最高转速为85.8 r/min,堵转力矩为441 mN·mm。     

直线振动电机非线性电磁特性有限元仿真研究

对动铁式直线振动电机进行研究,采用有限元仿真和实验测试相结合的方法,对直线电机的电磁力-位移特性进行分析研究.实验结果表明仿真的正确性.创新点在于该电机为非线性电磁出力特性,特别适于压缩机等非线性负载应用场合,且无永磁电机失磁弱点.电磁分析为动态电磁力特性研究和结构优化设计提供了基础.     

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.     

基于音圈电机伺服控制的应用研究

随着电机控制技术的不断发展,传统的伺服电机控制方式已经不能适应高速度、高精度控制运动的要求,而直线电机的直接驱动方式由于取消了一切中间传动环节,具有结构简单、动态响应快、速度快、精度高、振动和噪音小等优点,在各类高速、高精度加工设备中具有广阔的应用前景。介绍了音圈式直线电机的结构特点和工作原理,阐述了音圈电机的伺服控制技术,并介绍了音圈电机在封装设备中的实际应用。     

驻波型自校正超声电机的研究

介绍了自校正超声电机的转动机理,用有限元法分析了该电机定子的振动模态,得到了适合电机运转的工作模态—— Ｂ１２模态,并且设计和制造了驻波型自校正超声电机。该电机定子直径为４０ ｍ ｍ ,高为 １．５ ｍ ｍ ,电机工作频率为 ３０ ｋ Ｈｚ～３３ ｋ Ｈｚ,能够实现正、反转并具有自校正的能力,设计计算与所做的实验结果基本吻合。     

二自由度压电马达的振动分析

分析了平板式二自由度压电马达的工作原理,对压电振子的振动与运动特性的关系进行了探讨。并利用有限元计算方法对振子的振动模态进行了计算,对马达工作时振子的振动模态与结构的关系有了进一步理解和认识。     

圆板型行波超声波马达的建模与仿真

简述了行波超声马达的基本原理，比较了定子复合圆板分析中有限元和经典振动理论两种方法的优缺点。并利用有限元方法分析了定子板在自由状态下的固有频率及固有振型，给出了分析结果。在此基础上，利用所得数据，对圆板行波超声马达工作原理及工作过程进行了计算机仿真     

一种低频大行程直线型压电电机的研究

基于叠层式压电陶瓷在低频带范围内的变形幅值大,与驱动电压线性度好且基本不随驱动频率变化的特点,提出并研制了一种低频大行程直线型压电电机.与共振式压电电机相比,该电机在低频范围内输出速度与驱动频率的线性度好,可控性较好.对电机的工作机理进行了分析,同时利用有限元软件对电机的结构进行设计,并试制了原理样机.实验结果表明,电机可在100 Hz～2 kHz的频带工作,其速度在100 Hz～1 kHz的频带内基本和频率成正比,最大空载速度为60 mm/min.     

基于双定子直线超声电机的移动平台设计

设计了一个新型的直线超声电机移动平台,该平台利用超声电机的并联技术,采用对称的双定子推动直线导轨滑动。定子采用矩形板结构和一端铰支的夹持方式,其工作模态选用矩形结构的一阶弯曲振动模态和一阶纵向振动模态。分析表明,与其他振动模态相比,矩形板结构的一阶振动模态具有较高的输出效率;双定子对称结构能减小定子与直线导轨间预压力对移动平台的影响,利于直线导轨运行稳定性的提高;定子一端铰支的夹持方式能增加定子夹持的切向刚度,可提高平台输出力。该文最后通过实验测试了双定子平台的输出特性。实验结果表明,双定子平台的负载达到8.5kg,最大空载速度为305mm/s,与单定子平台相比,其负载增加了70%。