一种贴片式三角形旋转超声电机

提出了一种贴片式三角形旋转超声电机,该电机采用贴片式结构,实现了电机的小型化设计。该电机将6片d31模式的压电陶瓷片粘贴在一个三角形的钢基体外表面。通过对贴片陶瓷施加正弦交流电压,在三角形基体内激励出两个不同的振动模态。通过将两个不同的振动进行叠加,在3个驱动足处形成了具有驱动作用的椭圆运动。采用有限元分析方法的模态分析和瞬态分析对该三角形电机进行设计分析,成功的实现了两个振动模态的频率简并,并获得了驱动足的椭圆运动轨迹。结果表明,当该贴片式三角形旋转超声电机定子和外侧圆环形转子接触时,在预紧力的作用下,3个驱动足处的椭圆运动轨迹能够实现圆环形转子的旋转运动。     

多波长激振模式的螺纹副驱动型超声电机

为了提高螺纹副驱动型超声电机的输出力,改善定子与输出轴间的接触驱动状态,将12片压电片粘贴至筒状金属弹性体外表面构成定子,激发定子产生一个沿圆周方向行进的波长数为3的驱动行波,实现对螺纹输出轴的驱动,提出一种多波长激振模式的螺纹副驱动型超声电机。给出了电机的设计结构,阐明了定子多波长激振模式的激励方法,利用有限元法对定子的振动模态进行了仿真分析,研制出一台定子尺寸长×宽×内径为36 mm×30 mm×M24 mm的原型样机。实验结果表明,采用多波长激振模式可以实现螺纹副驱动型超声电机的有效驱动,电机的输出速度与输出力随激励电压的增大而线性增大。样机工作频率为52.1 k Hz,在激励电压有效值42 V时,最大输出力可达40 N。     

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。     

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.     

单相p型电机驱动机理及其结构设计

双相压电直线超声电机对驱动频率一致性要求高,给应用带来不便。单相驱动是解决上述问题的一种途径,单相驱动的直线超声电机设计要点是满足双向运动的驱动机理以及提高输出性能的结构设计。设计了一种新型的驱动足偏置的单相驱动双向运行的直线超声电机,功率传递路径短,推重比大。为研究电机驱动机理,建立了定子的有限元模型并对其工作模态、驱动足轨迹进行了分析;采用Ansys有限元对定子结构进行了优化设计并制作了原理样机进行了测试。测试结果表明,电机的双向运行性能良好,推重比大,有利于微型化。     

“工字形”直线超声电机的结构设计与模态分析

为了提高直线超声电机的输出性能,研制了纵弯复合模态“工字形”直线超声电机,对“工字形”弹性体的几种复合振动模态及其驱动方案进行了分析,确定了振子的工作模态。完成了“工字形”振子的结构设计,利用ANSYS软件对“工字形”压电振子进行了优化设计,确定了定子各结构参数。纵向伸缩振动模态固有频率和弯曲振动模态固有频率分别为33.07kHz和33.08kHz,频率差8Hz。根据优化设计结果,试制了原理样机。对样机的输出性能进行了实验研究。实验结果表明:当驱动频率为31.10 kHz,激励电压峰峰值为250V时,电机动子Vmax为240mm/s;驱动力Fmax为0.5N。     

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。     

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。     

新型单振子多自由度超声波电机

提出一种基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机。该电机的定子由中空金属圆柱加工而成,圆柱的四周加工成4个互相垂直的平面,上面分别粘贴四片沿厚度方向极化的钛锆酸铅(lead zirconate titanate,PZT)压电陶瓷。利用压电陶瓷在垂直极化方向平面内的变形,激励定子绕Z轴的扭转振动模态,实现转子绕Z轴的转动;激励在定子中固有频率接近、振动方向相垂直的伸缩振动模态和弯曲振动模态,并通过振动的叠加使定子末端质点产生绕X轴或者Y轴的椭圆运动,实现转子绕水平轴的转动。采用有限元方法对电机的定子进行分析设计,建立电机样机实验系统并测定样机的振动特性及输出机械特性。实验结果表明基于压电陶瓷平面内应变的电机可以实现绕3个互相垂直轴的多自由度转动。