一种新型三环定子多自由度超声电机

由于环形行波定子发展较为成熟,性能较为稳定,但只能实现单自由度旋转运动,对此提出了一种三环形定子多自由度球形超声电机,通过三个环形行波定子空间排布和激励电压的协调控制实现球形转子的三自由度运动。首先,详细介绍了三环形定子多自由度球形超声电机的结构及其所选材料;然后对环形行波定子和三环形定子多自由度球形超声电机进行理论分析,论证环形行波定子的驱动作用和三自由度运动的可行性;再通过有限元分析对环形行波定子进行模态和瞬态仿真;最后通过实验测试证明三环形定子多自由度球形超声电机,得出超声电机的输出性能,验证三环形定子多自由度球形超声电机的可行性。     

双翼形直线超声波电动机

提出一款双翼形直线超声波电动机。电机定子为一个带双翼的空心圆柱结构,其利用双翼弯曲振动致使空心圆柱上下、左右摆动的两个振动模态工作,驱动动子旋转直线运动。推导了电机定子驱动质点的运动轨迹方程,研究了电机定子驱动动子运动的工作机理。利用有限元法进行分析计算,对定子驱动质点的运动轨迹进行了仿真,验证了电机运动机理分析的正确性。制作了双翼形直线超声波电动机原理样机,并进行性能测试,试验表明电机的工作频域范围较宽,在激励电压峰峰值为250 V时,电机的空载速度为1.55 mm/s,最大输出力为0.106N,是定子质量的11.7倍。     

一种基于压电叠堆的微型直线超声波电动机研究

对已有的直线超声波电动机进行改进,研究了一种新的微型直线超声波电动机,采用了压电叠堆,具有低驱动电压、结构简单、装配方便的特点。压电叠堆通过自主设计完成。电机定子使用对称和反对称模态作为工作模态,在ANSYS软件中使用有限元方法分析了电机定子的对称和反对称2种模态频率对其结构参数的灵敏度,并对其进行调整,以使得定子的对称和反对称模态频率保持一致。对电机定子进行了模态测试,实验结果与理论分析基本一致。对样机进行了性能实验,当实验条件为激励电压15 V、频率38 k Hz时,样机的无负载最大速度为30 mm/s,最大推力为2.2 N。通过微型化改进,电机定子最大推重比从97 N/kg增加到157 N/kg。     

夹持式双面齿型行波超声电机研究

针对传统行波超声电机单面驱动、输出力矩小以及激励电压与疲劳寿命受限于胶层强度等问题,设计了一种夹持式双面齿型行波超声电机.电机采用夹持式双面齿型定子和双转子结构,不仅可施加较高激励电压,而且可实现双面驱动.利用有限元软件对电机定子进行仿真分析,通过模态分析获得电机定子的B(0,8)阶弯曲行波模态振型及其谐振频率,并通过...     

预应力对超声电机定子振动影响分析

为揭示预应力对超声电机定子振动特性的影响,准确分析电机的输出性能,对行波旋转型超声电机定子结构在有、无预应力两种状态下进行了模态分析,研究了预应力对超声电机定子振动固有频率和振幅的影响,提出了模态"纯"度的判别标准,分析了预应力对模态混叠的影响。结果表明:预应力增加了超声电机定子振动的固有频率,增大了定子振动的振幅,能够有效抑制电机模态混叠现象。     

超声波电机定子设计参数间交互作用对电机模态频率的影响

研究了旋转行波超声波电机(RTWUSM)定子设计参数:定子齿高、齿宽与槽宽比、定子内外圈直径、弹性支撑位置与定子所受预压力对超声波电机模态频率的影响,采用了有限元法与正交设计法研究了定子设计参数之间的交互作用,得出了各设计参数间的相互影响程度,得出定子齿高以及定子齿高与定子内圈直径的交互作用对于模态混叠的改善有很大作用,而预压力增大时对模态混叠无明显改善。该结论对超声波电机的优化设计,模态混叠现象的改善有一定价值。     

面内模态直线型超声电机的优化设计

利用矩形薄板面内2个不同模态作为工作模态的直线型超声电机,其频率一致性和压电单元的布置方式以及激励方式对电机的性能和效率有重要的影响。该文根据电机定子的位移振型和应变振型详细分析了压电陶瓷的布置方式和激励方式,并利用参数化有限元方法(finite element method,FEM)对定子结构进行优化设计。设计制作的样机,两相工作模态频率差为270 Hz,在电压峰峰值为350 V、驱动频率为44.16 kHz、预压力为50 N的情况下,电机最大空载速度为100 mm/s,最大输出力为3 N。     

V形大推力直线超声电机定子振动的有限元分析

为适应需要大推力的直线超声电机的应用场合,提出了一种具有双变幅杆的V形电机。电机主要包括定子和动子两部分。定子由互相垂直、头部相连的两个兰杰文振子组成,它们完全对称且具有相同的一阶纵振模态。两个一阶纵振模态合成并通过定子和动子之间的摩擦作用,驱动动子作直线运动。为了获得较大推力,将V形电机定子设计成具有一定锥度的变幅杆。电机定子的结构参数对其动态特性有着重要的影响,用有限元法计算了不同结构参数对电机定子的一阶纵振频率和头部振幅的影响,计算了电机定子的一阶纵振频率和头部振幅对结构参数的灵敏度。建立定子优化模型来获得头部较大振幅以及具有合适的工作频率。参考灵敏度分析结果,设置设计变量时,灵敏度较大的结构参数变化范围设置较大些,以增大定子头部振幅为目标函数。根据仿真结果研制了电机样品并进行了性能实验,当激励电压的峰-峰值V_p-p=300 V、工作频率f=27.3 kHz时,电机的最大输出推力接近40 N,最高输出速度为100 mm/s,电机的输出性能呈现出低速、大推力的特点。     

中空柱状定子二阶弯振的旋转-直线超声电机

为了提高贴片式旋转-直线超声电机压电片的利用效率,简化电机使用过程中的安装与固定,提出了一种新颖的贴片式旋转-直线超声电机。样机主要利用自由约束柱状定子空间上相互正交的二阶弯曲振动模态耦合,在定子自由端的内表面合成一个驱动行波,通过螺纹传动实现输出轴的旋转-直线运动输出。基于有限元法对定子的振动模态以及压电片的激振模式进行了仿真分析,研制出一台定子采用中空方柱型结构的原型样机。搭建了一套基于虚拟仪器技术的超声电机测试系统,完成了样机基本输出特性的测试。测试结果表明样机工作频率为38.90 kHz,驱动电压峰峰值20 V时即可实现样机的有效驱动。     

电机定子系统振动模态的研究分析

针对电机定子系统的振动与噪声特性,利用Ansys有限元仿真软件对电机定子系统三维模型进行模态仿真,得到电机定子系统的固有频率与振形,并通过试验对仿真结果进行验证。同时,对电机进行电磁仿真,分析其气隙磁密与电磁力谐波,得到电机内部电磁力各次谐波频率。将电磁力谐波频率与电机固有频率进行对比,确保电磁力谐波不会引起电机定子系统共振。验证了电机结构的合理性,为同类产品的设计优化提供了一定的参考价值。     

永磁电机定子参数化建模及结构灵敏度分析

电机定子固有频率的研究对降低电机电磁噪声和抑制电机的振动有重要的意义,本文在Ansys中基于参数化程序设计语言(APDL)实现了电机定子结构的参数化建模,并在此基础上对电机定子的低阶固有振型和固有频率进行了仿真计算,通过定子模态试验验证了该模型的有效性,最后对齿数、轭厚、铁心外径、机壳厚度以及定子轴向长度等主要结构参数对定子总成振动特性影响进行了灵敏度分析,结果表明,机壳厚度和铁心外径对定子总成固有模态的影响最大,而铁心长度对定子固有模态的影响较小,为电机定子结构的设计和优化提供了重要依据,为进一步实现低电磁噪声电机的定子结构设计提供支持.     

新型塔形直线超声电机

提出一种塔形双模态直线超声电机。它由塔型定子和导轨组成,塔型定子由6片压电陶瓷(piezoelectric lead zirconate titanate ceramic,PZT)粘接在金属弹性体上构成。定子利用y-z面内对称振动模态激发驱动足的法向振动,利用x-z面内2阶弯振模态激发驱动足的切向振动。由于驱动足的法向振动和切向振动存在90°的相位差,从而在其驱动足处形成椭圆运动,推动导轨运动。讨论电机支撑位置与激振方式和位置,研制了电机样机及其实验装置。提出了一个新观点:电机工作性能与定子在接触边界条件下的频率一致性有关。通过接触边界条件下的模态实验确定了电机的最佳工作点,并在电机的最佳工作点附近进行了机械特性实验。实验表明,在激励电压峰峰值为500 V、预压力6 N下,该电机最大空载速度为980 mm/s,最大输出力1 N,定子质量为20 g,推重比(输出力与定子重量之比)达5。     

大容量推进电机电枢定子建模方法及固有振动特性分析

为避免推进电机在工作时发生共振，需要对推进电机的定子进行模态分析。首先用不同方法对推进电机缩比定子绕组端部建模进行模态仿真计算，以确定合理的简化方法。对推进电机缩比定子与全尺寸定子进行模态分析，二者之间有一定的相似性，并采用机电类比解析法求解了定子和定子-绕组模型的固有频率，与有限元解具有较高的一致性，还分析了定子径向模态对各种参数的敏感性，最后通过对缩比定子进行锤击法模态测试，验证定子有限元分析模型的建立方法和计算方法的有效性。结果表明：推进电机缩比定子绕组采用附加质量法建模更为合理，且缩比定子与全尺寸定子振型存在相似性。此外，采用解析法可以准确有效地得到定子的固有频率；定子径向模态对材料的密度和弹性模量的敏感性较强。     

液体媒质超声波电机定子振动的有限元分析

液体媒质超声波电机定转子不直接接触,而是利用液体将定子振动的机械能传递给转子,从而克服了接触型超声波电机的不足,是超声波电机一个新的研究方向.本文针对液体媒质超声波电机与接触型超声波电机能量传递方式上的不同,建立了电机定子有限元模型,通过定子模态、谐响应和电压激励时的动态分析,获得了电机的振动频率及接触面上定子质点的运动轨迹,在此基础上讨论了定子振动对电机运行特性的影响,并研究了压电片引起的定子振动的变化,给出了压电片厚度与振动幅值及谐振频率的关系曲线.最后测量了不同电压频率、不同液面高度时电机的转速,实验结果验证了理论分析的正确性.     

中空环形行波超声波电机定子振动解析模型

为分析定转子间的接触对定子振动的影响,建立中空环形行波超声波电机定子振动解析模型。根据电机的结构特点,将定子等效为等厚度的圆环形梁,等效过程中,忽略定子齿的刚度,但将定子齿的质量等效到定子梁中,采用解析法建立等效定子梁的自由振动模型和受迫振动模型,得到定子不同振动模态对应的自由振动频率以及定子在外加激励电压和定转子间法向接触压力作用下的受迫振动响应。结果表明,定子等效处理的方法是合理的,电压激励和法向接触压力激励所产生的定子振幅分别与电压幅值和预压力大小呈正比关系,定转子间所施加的预压力较小,因此接触压力对定子振动的影响较小。将理论分析结果与实验测试结果进行比较,二者基本吻合,验证了所提出的解析模型的正确性。     

中空环形行波超声波电机试验研究与改进设计

设计了中空环形行波超声波电机的结构,并对定子进行了结构动力学分析,得到定子工作模态对应的共振频率及谐响应分析结果。根据所设计的电机结构尺寸制作了电机样机,并对样机进行了试验测试,得到定子阻抗-频率特性、定子在外加电压作用下的振动响应和电机的输出性能。针对所设计的中空超声波电机输出性能不理想的问题,对定转子的结构和支撑方式进行了改进设计以改善电机性能。试验测试结果表明,改进后的电机克服了原有样机存在的问题,输出性能得到明显改善。     

一种轮式直线型超声电机

利用非统一截面梁在正交方向上的2个6阶弯曲振动模态作为工作模态,设计了一种新型直线超声电机,对其驱动机理进行详细的分析,推导出定子表面质点的运动轨迹。同时,对定子的夹持和预压力施加方案进行了设计。设计加工的电机定子直径为20mm,长109mm,重230g。在驱动电压峰峰值为300V,驱动频率为32kHz时,电机最高速度达到433mm/s,最大推力为18N,推重比达到了7.9:1。     

一种面内弯纵复合模态的直线超声电动机研究

对面内弯纵复合模态的直线超声电动机进行了研究,改进了电机定子,在定子的矩形板上开孔。利用瑞利-里兹法求解定子矩形板的面内二阶弯振频率和一阶纵振频率,通过调节矩形板上开孔尺寸,调节了定子的面内二阶弯振频率和一阶纵振频率,使之更为接近,从而利于这两种模态的同频激发。通过实验证明,矩形板开孔后,定子驱动足的振幅明显增大,电机的输出速度和动力得以提高。     

双足驱动直线超声电机定子的振动特性研究

提出一种新型双足驱动直线超声电机,采取一种结构简单的人字形结构定子,主要由4片压电陶瓷和金属基体构成。利用ANSYS软件建立其定子的有限元模型,对振动模态和谐响应进行仿真分析。探讨和分析了不同的定子夹角和定子材料对其谐振频率和振幅的影响。研究结果表明,电机定子的二阶弯曲振动模态是该新型双足驱动直线超声电机实现驱动的工作模态,其振幅大小与定子夹角和定子材料均有直接关系。在分析的三种定子材料中,紫铜定子的谐振频率最小,硬铝定子的振幅值最大。     

基于物理模型开关磁阻电机定子模态和固有频率的研究

准确计算定子模态和固有频率是降低电机噪声和振动的基础。该文基于开关磁阻电机(SR电机)物理模型，利用3维有限元软件，全面研究了定子模态和固有频率，系统分析了绕组、端盖和安装对定子模态和固有频率的影响。研究表明，对小功率SR电机，2阶模态对噪声和振动的贡献最大。定子绕组对固有频率的影响非常严重，弹性模数远低于实心铜材，绕组不宜采用质量计入磁极或铁心的方式处理。端盖、底脚安装均导致定子固有频率明显升高。最后讨论了2维有限元模型与3维有限元模型计算结果的差异。计算结果与试验结果进行了比较验证。