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。     

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。     

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。     

新型碗状超声波电动机的研究

针对一类定子结构不确定的超声波电动机,基于压电陶瓷片的逆压电效应,构造出一种碗状型的新型超声波电动机。通过对压电换能器尺寸的设计与调整,从而使电机的部分性能得到优化。利用ANSYS有限元分析的方法对超声波电动机压电换能器进行模态分析和谐响应分析。建立以谐振频率和预压力为超声波电动机基本性能测评标准,并通过实验来验证设计的准确性。     

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。     

超声电机定子的简化复合梁模型裂纹扩展分析与实验

超声电机工作环境非常复杂,压电陶瓷极易发生断裂失效。为了分析研究电场、预压力及裂纹位置对压电陶瓷断裂失效的影响,将超声电机的定子沿周向简化为弹性复合梁模型,并在压电陶瓷上预制贯穿裂纹。首先用Ansys有限元软件对简化模型进行仿真,分析得到增大电场、预压力能增加裂纹尖端应力值,裂纹更加容易扩展。然后通过实验验证得到增大电场强度裂纹更加容易扩展。     

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...     

短柱型超声波电动机的优化设计

介绍了超柱型超声波电动机的特点，用ANSYS进行理论计算，优化设计了短柱体超声波电动机定子压电陶瓷的安装配置形式，改进了定子的支撑，最后通过样机进行了验证。     

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。     

超声波电机发展、建模研究及展望

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声振动 ,并通过定子和转子间的磨擦来驱动转子运动的新型电机 ,工作原理不同于传统的电磁电机。本文简单介绍了超声波电机的发展历史及到目前为止超声波电动机的建模研究 ,并在此基础上指出超声波电机的发展方向     

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。     

基于有限元法的行波型超声波电机阻抗特性分析

利用有限元方法对行波型超声波电机的阻抗特性进行定量分析.以直径为60mm的行波型超声波电机为例,建立了电机定子的有限元分析模型,分析了在20～50kHz频率范围内,超声波电机定子的输入阻抗随频率变化的规律.此外,介绍了一种基于虚拟仪器技术的超声波电机阻抗测量方法,在20～50kHz的频率范围对该电机定子阻抗进行了测试.结果表明,利用有限元法计算得到的电机定子阻抗特性与实际测量值相符.     

行波型超声波电机的温度特性

为解决行波型超声波电机运行中温升和发热严重问题,提出一种基于能量耗散的超声波电机表面温度特性理论模型。利用电机定子复合结构的振动耗散能、压电陶瓷的介电耗散能以及定、转子接触面的摩擦损耗能确定电机的总体能量损耗,采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立超声波电机的表面温度特性理论模型;仿真分析电机结构和材料参数(包括驱动电压、驱动频率、预压力、摩擦材料特性以及负载力矩等)对电机表面温度特性的影响;通过实验研究温度对电机输出特性、谐振频率的影响。最后通过实验验证了该模型的有效性和正确性。     

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...     

基于ANSYS的径向驻波型超声波电机设计与分析

研究了一种采用径向振动的驻波型超声波电机。首先分析了电机的结构,然后利用有限元分析软件ANSYS建立定子有限元模型,基于该模型分析了压电陶瓷的结构尺寸对定子振动特性的影响,进而确定了定子的结构尺寸,并进一步分析了定子的瞬态响应特性。最后根据理论分析结果试制了样机,对样机进行了试验测试,测试结果表明,所设计的电机具有较好的输出性能。     

Analytical solution on the non-linear vibration of a traveling wave ultrasonic motor

A vibration model for the stator of traveling wave type ultrasonic motors has been presented using Kirchhoff plate theory. In this model, the vibration equation influenced by electric field is established based on the geometric equations, the constitutive equations and the balanced equations for the structure. This electric field distribution is assumed based on Maxwell equation. Shearing deformation, rotary inertia and damping of the piezoelectric ceramic are been taken into account. Firstly, the dynamics of the stator is discussed. The mode of the stator is derived and validated by comparing the resonant frequencies and modal shapes with those by finite element analysis. Then, the effect of the piezoelectric ceramic damping is also discussed. Finally, The friction layer is simplified as the axial spring. Using modal shapes as the weight function, the analytic solution under the forced vibration for the stator is computed by Galerkin method. The theoretical model and its analytic solution in this paper contribute to simplifying the model for the parametric study and understanding the vibration between the stator and the rotor.     

薄型超声电机两相及单相激励时的工作机理分析与实验研究

该文对环状超声电机定子中的行波的特征进行了分析，探讨了行波状态下电机定子端面质点椭圆运动轨迹与矩形板表面质点椭圆运动轨迹之间的差异。指出了圆环定子内圆周侧面中的部分区域具有对电机转子的推动作用。据此设计了一种可实现电机薄型化的新结构，并制作了样机，完成了电机定子性能测试和电机运行实验。运行实验结果表明，样机运转平稳，具有较大的输出转矩。实验中还发现，电机在只输入单相交变电压时仍能实现正常运转，分析了这一现象产生的机理。依据上述机理。可以设计一种新型驻波超声电机。     

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。     

大扭矩均压行波超声波电机研究

超声波电机的研究已成为全世界的热点。在ANSYS有限元软件分析计算的基础上 ,设计并制作了均压行波超声波电机 ,其直径为 10 0mm ,堵转转矩达 2 2N·m ,最高空载转速5 8r/min。采用定转子面接触模型 ,实现了电机的均压运行。对电机进行了输出性能测试和分析。测试结果证明了上述模型和设计的正确性     

方环形行波直线超声电机的模态分析

为解决直线超声电机动态设计的难度,提出一种方环状直线行波超声电机振子。采用有限元数值方法分析了该种振子可以利用的面内弯曲模态,给出了对边两两激励的一种对称模式,并就所研制的振子模型,进行了实验研究。数值分析与实验结果证实了振子结构的可行性。该类振子的结构对称性为超声电机的动态优化设计提供了方便。此外,振子4个驱动梁的更换使用,可成倍提高超声电机的使用寿命。