斜动子与塔形定子构成的单驱双动超声电机

针对两相超声电机对模态频率一致性要求高及单相超声电机难于实现双向运动等问题,提出了一种单相驱动双向运动斜动子塔形直线超声电机。动子相对于塔形定子倾斜安装,利用塔形定子的面内对称模态或面内弯曲模态为工作模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对于动子的倾斜方向,实现动子正、反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角适用范围,对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明,在导轨倾斜角为35°,激励电压为500 V,预压为力4.5 N的条件下,面内对称振动模态工作时的最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;面内弯曲模态工作时的最大空载速度为756 mm/s,最大输出力为0.8 N。     

双足反向型直线超声电机的优化设计及性能仿真

为实现成对微部件反向同步动作的精密定位,设计了一种双足反向型直线超声电机。该电机以矩形板面内一阶纵振和二阶弯振模态为工作模态,通过三角形结构将激励振动放大并在驱动足位置形成椭圆运动,从而驱动两滑条实现反向直线输出。基于工作频率一致性要求进行了电机结构优化,采用谐响应分析验证了设计的可行性。建立定子滑条刚柔接触有限元模型,实现了电机输出性能的仿真。仿真结果说明该电机具有较好的稳定性,空载速度和输出推力分别达到120mm/s和30N。     

单模态驱动的非对称定子结构塔形超声电机

现有单模态驱动超声电机或者只能单向运动,或者存在严重磨损。针对此问题,提出了一种单模态驱动双向运动的塔形超声电机。塔形电机由非对称结构塔形定子和动子构成。塔形定子采用非对称的兰杰文振子结构,设计有低阶和高阶非对称工作模态以及相应的压电陶瓷片极化布置方案,通过模态切换就可以实现电机的单模态驱动和正反向运动。分析了电机的工作原理,制作了原理样机,并对样机进行了模态实验和机械特性实验。结果表明,当A相单相激励,电机工作在高阶工作模态,动子正向运行,最大速度为112mm/s,最大输出力为2N;当B相单相激励,电机工作在低阶工作模态,动子反向运行,最大速度为94mm/s,最大输出力为3N。     

单模态驱动的V形板结构直线超声电机

为克服双模态超声电机频率一致性的限制和进一步提高V形直线超声电机的输出性能,设计了一种板结构直线超声电机。该电机包括V形定子和直线导轨,定子由2个相互垂直的板结构振子构成,驱动足位于2个变截面梁的连接点上。利用两振子弯曲振动形成的对称和反对称模态,通过两相模态切换,实现电机的双向运动。研制了样机并对其进行了模态实验和机械输出特性测试。借助三维激光测振仪分别测试了驱动足在接触和不接触导轨情况下的运动轨迹,阐述并验证了单模态超声电机的驱动机理。实验结果表明,该电机具有良好的机械输出特性:最大空载速度为690 mm/s,最大推力达100 N,推重比达59.7。     

新型惯性式直线超声压电电机的运动机理及实验研究

提出了一种新型惯性式直线超声压电电机.该电机利用压电晶体的逆压电效应和惯性位移原理,由定子的轴向变形,通过摩擦力的作用,以惯性位移的形式传递运动.它由两部分组成,定子由具有位移放大功能的压电复合换能器和轴组成,动子为一带有缺口和环形凹槽的环.分析了该电机的工作原理,并通过仿真和实验相结合的方法分析了两种激励方式对电机性能的影响.实验结果表明:样机采用方波驱动比采用锯齿波驱动的效果好;在采用方波驱动信号驱动时,样机的最大空载速度可达到11 mm/s,最大输出力达到0.5 N.     

板式四足直线超声电机的分析与实验

为了提高超声电机的驱动能力和工作效率,设计了一种矩形板式的贴片四足直线超声电机。电机定子由磷青铜和8片压电陶瓷片组成,4个驱动足分布在矩形板4个顶角。电机利用矩形板的面内一阶纵振和面外反对称弯振相互叠加,在驱动足处形成椭圆运动轨迹,并通过有限元软件对电机进行模态和谐响应仿真分析,分析和验证电机工作原理的可行性。对电机进行实验,激励峰值电压为200 V,激励频率为25 810 Hz,当预压力为10 N时,电机的最大空载速度为130 mm/s,预压力为12 N时,电机的最大负载为3.5 N。结果表明,该电机结构简单,具有较好的输出性能和广阔的应用场景。     

低压驱动Ⅴ形直线超声电机的设计

针对传统Ⅴ形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂,在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题,提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压Ⅴ形直线超声电机。在对Ⅴ形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上,设计了基于叠层压电陶瓷的Ⅴ形振子并进行了夹持装置的结构设计,进一步制作样机并开展了阻抗实验,测试了样机的外输出特性。实验结果表明:电机的驱动频率位于36～38 kHz,在37 kHz,50 Vpp的驱动电压激励下,其最大输出力为25.8 N,最高空载速度为1.221 m/s,可在低压驱动下输出大推力,直线超声电机的驱动性能得到了提高。     

新型大推力直线超声电机运动机理及实验研究

针对一种蝴蝶形直线超声电机,详细介绍了其定子结构,分析了超声电机运行中所利用的定子对称振动模态和反对称振动模态及其合成的振动形态。建立了定子运动学模型,并分析了驱动足的运动轨迹,推导出驱动足表面质点椭圆运动轨迹方程。研制了蝴蝶形直线超声电机原理样机,电机驱动频率为495kHz,在预压力70N条件下,空载速度为075m/s,最大推力可达16N,是定子重量的22倍,最高效率达42%。     

二级杠杆柔性铰链复合结构的双足压电直线电机

为实现精密机械装置的快速定位,增加压电直线电机中位移放大结构对压电叠堆输出位移的放大能力,提出了一种基于二级杠杆和柔性铰链复合结构的新型双足压电直线电机。首先,对电机的作动原理进行分析,推导了驱动足轨迹方程。为提高其输出性能,对直圆型柔性铰链的参数进行了优化,得到最佳铰链参数为厚度th=0.2mm、切割半径Rh=1mm和宽度bh=10mm。最后,制作了该电机样机并进行了振幅、速度和负载性能测试,基于正交试验方法对电机速度进行了分析,得出电压对电机速度的影响更灵敏。实验结果表明,驱动足Ⅰ、Ⅱ的位移振幅分别在75μm和63μm附近波动,差值约为12μm;在120V、110Hz的信号激励下速度达16.163mm/s,最大负载能力为1.7N。与现有的压电直线电机相比较,该电机结构简单,易于安装调试,具有响应快、大振幅、速度大且运行稳定的特点。     

双足型直线超声电机的实验研究

研制了一种新型直线超声电机,首先对其驱动机理进行了探讨,设计了电机的具体结构。其次对振子进行了频率响应实验,模态实验,实验表明电机可有效激励出所需振型。分别测定了电机的频率-速度关系、电压-速度关系、相位-速度关系。电机运行中正反两向运动灵活,工作状态稳定,速度基本与输入电压成正比,可采用调压调速;其最大无负载速度可达76 mm/s,最大输出推力2 N,达到了预期设计的目的。