压电陶瓷剪切模式用于超声波电动机的研究

介绍了已经采用d15逆压电效应的切变型压电陶瓷元件,如激励扭转振动的压电陶瓷环和筒以及激励行波的压电陶瓷盘等,分析了其在行波型、驻波型等超声波电动机中的应用方式和驱动机理。提出了一种新的切变型弯曲振动的压电陶瓷柱元件,并应用于弯曲摇头型超声波电动机中,有助于满足发展大应变、微型化超声波电动机的需求。     

行波型超声波电动机变频控制系统

行波型超声波电动机变频控制系统夏长亮，史婷娜，陈永校（浙江大学杭州３１００２７）１引言行波型超声波电动机是一种新型微特电机，它是靠定子环背面所粘贴的压电陶瓷起振而带动定子环一起振动，再通过定、转子之间的摩擦力驱动转子旋转。根据这种电动机的特殊工作要求...     

温度对超声波电动机起动阶段位移分辨率的影响

以微幅振动经摩擦驱动的超声波电动机,由于自身发热的作用,导致定子振动特性发生变化,进而对其位移分辨率产生显著影响。从超声波电动机用压电元件特性出发,分析了特性波动的因素。应用单片机作为控制器,测试了运行不同阶段温度下旋转型行波超声波电动机的位移分辨率。研究发现:在起动阶段,超声波电动机本体温度变化对压电元件性能影响是非线性的,它是超声波电动机分辨率波动的主要因素之一,为在起动阶段具有高分辨率的超声波电动机设计提供依据。     

超声波电动机

超声波电动机是一种由超声频振动而产生旋转力矩的新型电动机。其结构和工作原理与普通电动机截然不同,它没有绕组和磁路,结构十分简单.单位体积转矩大,响应性能优良,因此作为新的执行元件非常引人注目。超声波电动机有驻波驱动和行波驱动两种工作方式。驻波驱动的特点是转换效率高,但旋转方向一定,不能轻易改变,结构尺寸也大。行波驱动的     

一种外伸梁式弹簧定子超声波电动机的设计

一种采用弯曲行波驱动的弹簧定子超声波电动机,为解决该电机存在的压电陶瓷粘贴可靠性低的问题,设计了一种外伸梁式弹簧定子超声波电动机。从理论上分析了超声波电动机的驱动原理,采用正交试验设计法及有限元方法对定子结构参数进行优化设计,并对优化后弹簧定子的动力学特性进行分析,为该电机进一步实验研究提供了理论基础。     

行波型超声波电动机的样机制造技术

行波型超声波电动机的样机制造技术＊石斌胡敏强钱俞寿（东南大学南京２１００９６）１引言超声波电动机（ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｏｔｏｒ，简称ＵＳＭ）是一种应用压电陶瓷的逆压电效应，通过摩擦驱动，把电能转换为机械能输出的新型直接驱动电机。它完全不同于传统的电...     

陶瓷开裂故障行波型超声波电动机建模与仿真分析

压电陶瓷开裂是影响超声波电动机使用寿命的关键因素。针对该故障类型,研究了一种模拟压电陶瓷开裂的行波型超声波电动机定子建模方法。建立无故障超声波电动机定子模型,经动力学分析后得到的定子质点运动轨迹验证了模型的合理性;改变裂纹长度以模拟陶瓷片的不同开裂程度,得到了孤极电压信号随裂纹尺寸的变化规律;对不同开裂程度故障电机的孤极电压进行了采样,分析结果表明仿真结果与实测数据具有较好的一致性。     

高转矩超声波电动机开发成功

日本电气公司和东京工业大学合作开发了一种高转矩超声波电动机,这种超声波电动机与传统的行波型超声波电动机比较,直径相同但转矩要大20～30倍。将两种独立激励的纵振动和扭转振动压电陶瓷元件用螺钉拧紧成复合振子作定子,在其上压     

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...     

材料对超声电动机性能的影响及其选择

超声电动机是利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换为机械能的一种压电换能器，因而压电材料对电动机的性能起着至关重要的作用。超声电动机是靠摩擦驱动，将定子的振动能转换为转子的旋转机械能。而压电片与定子、摩擦材料与转子的连接都要靠胶完成。因此，摩擦材料、胶粘剂也是影响电动机性能的重要材料。文中结合系列环形行波型超声电动机样机制作的成功经验，分析了这些材料对超声电动机性能的影响，并对这些材料的选择进行了较详细的讨论。     

环形行波式超声波电机定子的测试研究

论述了采用分割电极的压电陶瓷来测量环形行波式超声波电机定子的谐振频率及定子表面行波的原理，实验结果表明这种办法简单易行，为判断环形行波式超声波电机定子是否正常工作提供实验根据。     

微小型纵弯复合激励式圆筒超声电机的设计

为了有效提高超声电机的机械输出性能,研制了一种微小型贴片式纵弯复合激励式圆筒型行波超声电机。该电机由圆筒和一个纵弯复合换能器组成,换能器位于圆筒的外侧壁上,换能器由一对弯振压电陶瓷片、一对纵振压电陶瓷片和前端为变幅杆的长方形铝块组成。对电机的工作原理进行了分析,利用有限元方法对电机进行了设计与仿真,实现了电机两个基本振动模态特征频率的简并。对振动特性进行了测试,测试结果与有限元分析结果吻合良好。测试结果表明,换能器的纵振、弯振和圆筒弯振模态之间均实现了很好的匹配。。     

环型行波超声波电动机的分析与设计

分析和设计了一个环型行波超声波电动机。用有限元分析软件ANSYS对定子的压电陶瓷金属复合板进行了详细的模态和谐响应分析，通过分析和比较，振动模态（0，6）被选为工作模态。制作出了电机并检测了其性能指标。     

微型化矩形振子近似行波型直线超声波电动机

探索了在微型直线超声波电动机中实现近似行波驱动的途径,研制了一种外形尺寸为39 mm×6 mm×12.7 mm的环状矩形振子近似行波型直线超声波电动机。结合电机振子的有限元模态分析,阐述了依靠激发空间相位差为90°的两个正交弯曲振动模态,实现行波在环状矩形振子上被激发和传播的电机运动原理。使用7块压电陶瓷片来分别激发振子的两个工作模态。在振子底部设计了梳齿状结构,以放大振幅。利用有限元法进行结构设计,使两个工作模态的频率简并。通过激光测振,证实了电机振子设计方案的有效性。通过对实际样机的驱动齿旋向测试,初步证实近似行波的形成及传播的存在。初步的样机特性实验表明:在频率为66 kHz和160 V峰峰电压激励下,电机最大速度为162.5 mm/s,最大预压力负载为8.5 N。该电机初步达到设计目标。     

行波型超声波电机及其控制平台

对行波型超声波电机及其控制进行总结和研究,据此设计制作了样机。为了进一步对影响超声电机运行特性的几个因素进行研究,搭建了基于虚拟仪器的超声波电机的控制平台。在该控制平台上,对样机的性能进行测试和分析,最后分析了电机定子中不同厚度压电陶瓷片对电机性能的影响以及影响电机运行特性的几个参数。     

Design and performances of high torque ultrasonic motor for application of automobile

We propose an ultrasonic motor of high torque with a new configuration for application in automobiles. The newly designed stator is a two sided vibrator consisting of a toothed metal disk with a piezoelectric ceramic ring bonded on both faces of the disk which generates a flexural traveling wave along the circumference of disk. In this configuration, the displacement on the surface of stator may not be confined. It also produces a large vibrating force and amplitude because the vibrator is sandwiched by two piezoelectric plates. It is possible to increase the torque by improving the vibration characteristics. We used the finite element method to compute the vibration mode of the motor of diameter 48 mm. A sixth mode was chosen as the operation mode with a resonance frequency of about 73 kHz. We fabricated a prototype according to this design and measured its performance. The performance measurement of the prototype motor showed that its stall torque was about 1.8 Nm and efficiency was 37% at 60% of the maximum torque. Compared to a conventional motor which employed a single sided piezoelectric vibrator of the same outer diameter, we obtained, with this prototype, a maximum torque of about twice as great. The motor may be useful to apply as an actuator in a mobile car.     

行波接触型超声波电机定子振动有限元分析

行波接触型超声波电机是一种利用压电晶体的逆压电效应获得驱动力矩的新原理微特电机,它与由电磁作用获得转矩的电磁型电机的工作原理截然不同。该文在考虑定子环沿径向厚度变化及内外边界约束条件的基础上,建立了带有齿的行波接触型超声波电机定子模型,利用有限元法进行了定子模态和强迫振动响应分析,研究了定子直径和齿高对定子振动的影响。通过计算结果与实验的比较,证明有限元方法对于由复合材料构成、具有齿的结果超声波电机定子振动的分析是一种行之有的方法。     

行波型超声波电机PWM驱动控制系统研究

针对行波型超声波的电机的驱动特点和要求,结合脉宽调制技术（PWM）,研制出一套适合于行波型超声波电机的PWM驱动－控制系统,该系统采用变频调速方式对电机进行闭环控制。实验结果表明,PWM驱动控制系统的性能稳定、可靠,是行波型超声波电机驱动的一种新的探索。     

纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机

提出一种纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机,该电机定子组件由定子圆筒和4个纵振夹心换能器组成,变幅杆和圆筒采用一整块硬铝合金加工而成。利用压电陶瓷片的纵向振动在夹心换能器中激励出纵向振动,实现两组换能器在定子圆筒上激励出2个幅值相等、在时间和空间上均相差p/2的弯振模态响应,2个弯振模态响应叠加在定子圆筒上形成弯曲振动行波,定子齿表面质点产生椭圆运动轨迹,进而通过和转子之间的摩擦耦合实现宏观运动输出。运用有限元法设计了定子圆筒和纵振夹心换能器,并实现了频率简并。测量结果表明,样机的最大转速为110 r/min,堵转力矩为0.5 N×m。