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。     

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。     

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.     

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。     

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%.     

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。     

用于计算机磁头驱动的新型直线超声电机

提出并设计了一种用于计算机硬盘磁头驱动的新型矩形压电复合板直线超声电机,并详细地给出了它的结构组成和运动机理分析。该直线超声电机利用了矩形板面内两种弯曲模态的合成,通过对复合振子的合理设计使两弯曲模态频率趋于一致,并通过改变驱动信号的相位差实现电机的往复直线运动。它除了具有直线超声电机的共同特点外,还具有自身的薄、小、轻、驱动力大等突出特点,可直接应用于计算机硬盘磁头驱动等外设装置中,以及其他需要高精度定位和快速响应的直线运动系统中。     

一类面内弯曲模态行波直线超声电机的研究

提出了一种新型含有不完全齿的圆环型行波直线超声电机,电机的动子滑块在一定预压力下紧贴在圆环型振子外表面齿形结构的端面上,4个压电陶瓷片间隔90°均布于圆环型结构的内侧,4组驱动齿分别与压电陶瓷片位置间隔45°布置。电机工作时,仅一处驱动齿工作,通过轮换不同工作齿的方式可提高超声电机的寿命。电机利用两个同频正交的面内三阶弯曲模态工作。利用有限元软件对振子进行了动态设计与仿真,分析了结构参数对模态的影响。加工制作了原理样机,并测试了样机的振动特性及输出性能。实验结果表明,该电机在激励电压峰-峰值为240 V,激振频率为30.459 kHz,预压力为0.6 N时,电机运行平稳,最大输出力为90 mN,电机的空载速度为102 mm/s。     

行波型球形超声电机定子的优化设计

提出了一种具有同步调心结构的球形超声电机,建立了电机驱动力矩的数学模型,重点对行波型定子进行结构优化设计。利用ANSYS对定子进行模态分析和谐响应分析;通过灵敏度分析确定结构参数优化变量,以最大干扰模态与工作模态频率差和最大定子表面振幅为优化目标,建立设计空间的响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行优化求解得到Pareto前沿,最终确定结构参数并对定子试制件进行定扫频实验。测试结果表明,优化后的定子工作模态频率±2 kHz内无干扰模态产生,且定子两相驻波表面质点具有较大振幅,满足使用要求。