一种微型柱体超声电机的研究

对压电陶瓷片的布局方式与力系数之间的关系进行了分析,证明了压电陶瓷片粘贴在金属弹性体一阶弯振的波谷位置时其激振效率是最高的。研制了一种新型定子结构的微型柱体超声电机。该电机直径5mm,长30mm,重量4.2g。当驱动电压峰峰值为200V,驱动频率为53kHz时,电机最大转速为350r/min,堵转力矩为2.5×10?3N?m。因为这种电机结构比较简单紧凑,便于实现进一步的微型化。所以又利用压电陶瓷管为激励元件,研制出直径2mm,长度7mm,重量为0.258g的微型柱体超声电机。在驱动电压峰峰值为60V,驱动频率75kHz时电机的转速为813r/min。文中详细介绍了这2个微型电机的工作原理、结构特点和设计方法。     

行波型超声波电动机的机理分析

作为一种特殊驱动源,行波型超声波电动机是一种近几年发展较快的新型电动机.通过所研制的行波型超声波电动机,阐述了行波型超声波电动机的原理和结构特点,分析了压电陶瓷这-功能材料的压电性能,设计出一种能够产生旋转行波的压电陶瓷片以作为超声波电动机的驱动元件,并在理论上分析了电机中旋转行波的产生过程.     

能量回馈型超声波电动机的结构设计与特性分析

为解决极端封闭环境中微机器人检测精密驱动及其电子设备自供电问题,提出了一种具有振动能量采集功能的超声波电动机。电机定子由两组压电陶瓷和金属基体构成锥面夹心结构,一组压电陶瓷利用逆压电效应将电能转换成机械振动能,实现电机的精密驱动与定位;另一组压电陶瓷利用正压电效应将定子机械振动能采集转换成电能,实现对电子器件自供电。对电机定子结构和压电陶瓷极化分区模式进行了设计,利用有限元分析软件建立了电机定子结构有限元机电耦合模型,仿真分析了电机振动模态、谐响应、输入导纳特性、能量采集转换特性和阻抗匹配特性等。研究结果为实现基于压电转换的驱动和能量采集一体化机电产品提供理论基础。     

四足直线超声电机的研究

研究了一种新型四足矩形截面梁直线超声电机,电机定子是由六块压电陶瓷片和矩形截面铜梁组成,压电陶瓷对称粘贴在铜梁的上下表面,四个驱动足分布在铜梁下表面的四个直角处.电机的工作模态分别为一阶纵振和二阶弯振,通过Ansys软件进行模态分析确定了电机定子的尺寸,设计加工样机,并对样机的机械特性进行测试和实验研究,实验证明了电机的结构设计是合理的,分析是正确的.     

内箝位/外驱动型压电精密步进旋转驱动电机研究

提出一种新型的压电精密步进旋转驱动电机。该驱动电机以仿生运动的原理，以压电陶瓷叠堆为动力源，采用定子内侧箝位及转子外驱动的方式和薄壁柔性铰链微变形结构，提高了该驱动电机箝位的稳定性和步进旋转的稳定性。通过静力学有限元分析和动力学分析，较深入的研究了该驱动电机的运动特性。研制的压电精密步进旋转驱动电机能够实现高频率(40Hz)，较高速度(325mrad /s)，大行程(>360°)，高分辨率(1mrad/step)，较大驱动力(30N×cm)等特点，提高了压电精密步进旋转驱动电机的驱动性能。该驱动电机在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景。     

纳米电机驱动大行程超精密工作台的设计研究

介绍了一种由压电陶瓷拨爪电机驱动的一维纳米级定位精度工作台的工作原理及其设计.压电陶瓷拨爪电机可以避免使用传统的粗精两级定位机构,直接实现纳米级驱动定位.针对压电陶瓷拨爪电机的特性,设计了低摩擦的磁悬浮导轨,并采用分体式结构和柔性铰链,将驱动系统与定位工作台隔离,从而有效减少了压电陶瓷拨爪电机在驱动时产生的高频震动对定位精度的影响.固定在工作台上的直光栅实现了对工作台位移的高精度闭环检测.经测试,工作台可以实现0-200mm范围,10nm分辨率的快速、高精度定位,满足纳米测量的要求.     

基于面内振动的纵弯模式超声波直线电机制设计与实验

以基于薄板内振动的纵弯模式驻波型超声波直线电机为研究对象,选择矩形薄板压电陶瓷片定子及单足驱动形式为例,分析了驱动机理,设计电机的具体结构,制作了样机并进行了实验测试,结果表明,电机运行良好,正反向运动灵活.     

基于面内振动的纵弯模式超声波直线电机的设计与实验

以基于薄板内振动的纵弯模式驻波型超声波直线电机为研究对象,选择矩形薄板压电陶瓷片定子及单足驱动形式为例,分析了驱动机理,设计电机的具体结构,制作了样机并进行了实验测试,结果表明,电机运行良好,正反向运动灵活。     

专利快讯

本发明涉及一种超细型双向驱动型直线微电机。它包括一根细长杆，其特征在于细长杆的后端连接一个内置圆形压电陶瓷片的振子，而中部弹性连接两片粘贴矩形压电陶瓷片的滑块。     

基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机驱动电路研究

介绍了一种新型基于压电陶瓷平面内应变特性的多自由度超声波电机，该电机通过两个平面内的弯曲振动模态的叠加实现转子绕Z轴的转动；并利用伸缩振动模态分别与上述弯曲振动模态叠加实现转子绕X轴和绕Y轴的转动。设计了一种基于直接数字频率合成器(DDS)原理的电机驱动电路，该电路利用在FPGA元件实现的DDS阵列产生四路正弦激励信号，并采用高压运算放大器进行功率放大。该驱动电路的特点是各路驱动信号幅值和频率及驱动信号之间的相位差均可以独立调整。电机样机的机械特性实验以及调节特性实验结果表明该驱动电路满足驱动基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机的要求。     

双兰杰文振子纵弯复合模态驱动的压电平面电机

提出利用具有双兰杰文振子的H定子驱动的压电平面电机,选定H定子两纵杆沿x Oy面的一纵、二弯模态,及沿z Oy面的二弯模态为工作模态,将两纵杆设计成夹心变截面结构并以其上端为驱动足。一纵模态分别与两相二弯模态进行振动耦合,使两驱动足沿x Oy、z Oy面作椭圆运动而交替地推动动子作平面运动。阐释了电机工作原理及其驱动足做椭圆运动条件。基于工作模态频率一致性目标建立定子优化模型,解得定子优化尺寸。建立定子机电耦合有限元模型,求取电机的谐响应及模态干扰特性。设计出电机装配模型,获取其调频、调压、调相工作特性。仿真了定子运行状态,模拟出驱动足两相椭圆轨迹且当驱动电压为250 V时,驱动足x、y、z向振幅为1.5μm、2.5μm和4.7μm。该电机有望输出较大推力与速度。     

单模态纵-弯复合直线电动机的机理与特性

提出了一种融合一阶纵振和四阶弯曲振动模式的单模态直线超声波电动机,介绍了电动机的结构和运行机理,利用有限元方法建立了电动机定子的机电耦合模型,仿真分析了电动机定子的振动特性,确定了电动机定子工作模态和工作频率;利用弹性杆的纵振动和悬臂梁的弯曲振动理论建立了电动机驱动足椭圆运动轨迹方程,分析了激励电压相位差对电动机椭圆轨迹的影响;利用粘弹性接触机理给出了电动机的机械特性输出曲线,分析了预压力、激励电压幅值和激励频率等对电动机输出特性的影响。通过数值和仿真分析得出:单模态直线超声波电动机的工作频率为39 860 Hz,在外加激励电压Up-p=100 V时,电动机最大输出推力和空载速度分别达到19.1 N和310 mm·s~(-1)。     

方环形直线驻波超声波电动机振子的动态设计

利用有限元分析软件对方环形直线驻波超声波电动机的振子进行了动态设计，提出了一种环梁式双接触面的振子结构，该振子采用柔性铰链与支撑结构连接，实现力的输出。利用振子第9阶同频的两个正交的面内弯曲模态分别实现直线电机的正、反方向驱动。对影响振子模态及固有频率的主要结构参数进行了有限元数值分析。     

驻波型双接触面直线超声电机的动态设计

介绍了一种双接触面驻波型直线超声电机的工作原理,并利用ANSYS有限元分析软件对其振子进行了动态设计。样机利用两个相同振子组成一个动子,构成双接触面驱动,从而获得较大的驱动力。利用振子的三阶和五阶弯曲模态工作,可实现直线超声电机的正反向运动。     

圆柱定子3自由度球转子超声波电机驱动控制技术的研究

驱动控制电源的设计和制作直接决定了超声波电机的输出性能，国内超声波电机产业化空白的最主要原因之一是驱动控制手段的落后。该文从原理上提出了3自由度超声波电机驱动控制电源的要求，以自行设计的圆柱定子3自由度球转子超声波电机为驱动控制对象，设计并实现了3种可用于3自由度驱动控制的电源。一种基于高频开关电源技术设计，适用于一般的控制，第二种对两相驱动控制电源的改进设计，适用于实验室调试，性价比较高，另一种是基于DSP技术的驱动控制电源，适用于超声波电机的产业化制造。实验证明，3种驱动控制电源适用于任意一种结构的3自由度超声波电机的驱动控制，并通过对电机输出性能的测试，验证了3种驱动控制电源的可行性和正确性，为提高3自由度超声波电机的能量转换效率和进一步增大电机的输出性能奠定了必要的技术和理论基础。     

超声波电机定转子接触的 摩擦传动模型及其实验研究

Ultrasonic motor (USM) is a new principle motor, which applies piezoelectric vibration and frictional force as the driving source. This article investigates the frictional contact model between stator and rotor of the travelling-wave-type ultrasonic motor. Taking the stick-and-slid feature into account, this article presents analytical expression of characteristics of ultrasonic motor among constructive parameters, which lays a theoretical foundation for design and manufacture of USM. Effectiveness is verified by comparison between theoretical and experimental results of the prototype.     

双兰杰文振子V型直线超声波电动机的设计与实验

提出了一款由双兰杰文振子组成的V型直线超声波电动机,该电机通过两个兰杰文振子的纵振和弯振,在定子驱动足上形成椭圆运动,从而驱动直线滑轨对外输出直线运动。该电机使用了阶梯型超声变幅杆,有效地放大了定子驱动足处的振幅。介绍了电机的结构和工作原理,然后介绍了使用有限元法优化定子的方法,最后对实验样机进行了输出特性测试。结果表明,该电机无负载的最大输出速度206 mm/s,电机的最大输出力为10.5N。     

超声波电动机摩擦和磨损特性探究

超声波电动机是以摩擦力作为驱动源的新型电动机。超声波电动机的摩擦必定会产生明显的非线性特征。从力学的角度分析产生非线性的原因：一是定子与转子之间基于摩擦的非线性接触，使得电机系统具有跳跃、滞后等特性；二是温度、磨损等导致电机材料特性和电机输出特性的变化。只有提高超声波电动机的线性度和稳定性，提高它的输出功率，延长其使用寿命，才能使它具有更卓越的特性和更广泛的应用。     

静电除尘器极板振动特性分析

以嵩屿电厂300MW机组静电除尘器改造工程中实际应用的极板为例，采用流固耦联振动理论及有限元方法，对静电除尘器极板的振动特性进行分析和计算，得出极板振动的普遍规律。给出的一些具有代表性的极板振型图，可为静电除尘器极板振动分析提供理论依据。