旋转型驻波超声电动机模态设计

提出一种多驱动齿的新型旋转驻波超声电动机;采用增添附加齿的方法对电机振子的B06面外弯曲模态进行了预期的修正,实现了驱动齿最佳位置的设计;经对样机振子的振型测试,验证了有限元分析的准确性.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,为设计及加工振子提供了理论依据.     

驻波超声电机摩擦材料ABAQUS特性仿真计算与研究

研究了弯纵复合振动驻波振子的振动方程,由纵弯振动方程推导出触头作椭圆运动规律,并进行运动状态分析。提出利用高频转动的椭圆振子代替纵弯振动触头的模拟思路,给出了等同性原理的证明。利用ABAQUS有限元软件对三种驱动模型,各向同性和各向异性两类材料,对不同预压力下的空载速度、阻力和负载特性进行了计算分析,得出在纵向弹性模量相同的情况下,水平弹性模量大的各向异性材料的使用性能更优越。     

纵弯模式驻波超声波直线电机的研制与实验

以薄板面内振动的纵弯模式直线型超声波电机为目标,对其驱动机理、建模、设计和制作等方面展开研究,设计了全新结构的样机,并对其进行了实验研究与分析。结果表明,电机运行良好,设计达到了预期目标。     

行波型旋转超声电机速度稳定性研究

为了提高行波型旋转超声电机速度稳定性,分析现有双轴承支撑情况下,加工和装配误差对速度稳定性的影响,认为沿圆周压力不均衡是造成速度波动的主要原因之一。提出了单轴承支撑附加调心结构的方案,使接触界面实现压力自平衡。理论和实验分析表明,这种方案使接触界面的压力分布更加均匀,速度稳定性更好。实验结果表明,与原结构对比,在超声电机输出力矩、速度范围等主要性能指标基本一致的情况下,超声电机的空载速度波动率降低了约40.0%,波动范围达到2.0%以内。     

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。     

贴片式纵弯复合型直线超声电机的理论建模与实验研究

为了满足狭窄空间的精密驱动与控制需求,提出一种结构简单、紧凑、体积小、重量轻的贴片式纵弯复合型直线超声电机.通过两相电信号激励电机定子产生纵弯复合模态,并在驱动足处耦合出椭圆轨迹,从而经摩擦作用驱动动子实现电机的双向运动.首先,采用传递矩阵法建立定子系统机电耦合模型以分析定子的动力学特性,并对定子结构尺寸进行优化设计....     

超声电机振动环境实验研究

超声电机在航空航天领域有着广阔的应用前景。考虑到振动环境对电机工作性能的影响,有必要对超声电机进行振动环境实验。该文就超声电机随机振动实验的条件和方法进行了研究,并设计了一套在振动环境下检测超声电机性能的装置。实验证明本研究所研制的TRUM60型超声电机能在功率谱密度高达0.4 g2/Hz振动环境下工作,其机械性能基本保持不变。     

单支撑旋转超声电机及其速度特性研究

分析了双轴承支撑超声电机的加工和装配误差所造成的定、转子接触界面沿圆周方向压力不均衡的现象,它是造成电机转速波动的主要原因之一。在此基础上,提出了一种单轴承支撑附加调心结构的新方案,通过实现接触界面的压力自平衡,来达到提高电机转速稳定性,同时减小体积、减轻质量的目的。实验结果表明,在电机输出力矩、速度等主要性能指标与原结构电机相比没有下降的前提下,新方案电机的空载转速波动率降低了约40%,质量降低约14%,厚度减小了27.3%。     

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。     

行波型旋转超声电机温度场分析方法

针对行波型旋转超声电机发热严重的问题,建立三维瞬态温度场的模型.综合考虑超声电机产生损耗的原因,对各部位的损耗进行理论推导和数值计算.利用Ansys软件对理论模型进行仿真,分析了超声电机关键部位的温度分布情况.建立了一套温度测试系统,对理论模型和仿真结果进行试验验证.结果表明,理论分析和试验结果基本吻合,为进一步研究超声电机的热源优化问题提供了分析和试验方法.     

面内驱动旋转超声电机的研究进展

超声电机利用压电陶瓷的逆压电效应和机械共振来获得其运动和力矩,具有响应快速、定位精度好、可直接驱动等诸多优点,在精密驱动、航空航天、生物医学等领域具有独特的应用优势和成功应用,已有成熟产品实现产业化。基于面内振动模态的微小型超声电机是目前相关研究最易于微小型化的一类,在微机电系统领域具有很好的应用潜力和空间。首先,介绍了超声电机的工作原理;其次,针对夹心式换能器定子结构和贴片式定子结构两种类型面内驱动旋转超声电机,从不同的结构形式、输出性能、应用研究方面归纳总结相关研究的新进展和新成果,比较分析了几种电机样机的主要性能;最后,指出需要深入研究和技术突破的几个问题。     

旋转型行波超声电机的等效电路模型

在推导旋转型行波超声电机定转子运动拉格朗日方程和压电陶瓷电流方程的基础上,建立了超声电机的等效电路模型。并通过测量单相定子导纳、由摩擦层和转子材料特性参数估算模型中相关元件的值和解析计算电机输出功率及摩擦损耗的方法,对模型进行简化,并获取其中各参数。将电机不同负载转矩及驱动频率的工作条件考虑在内,以电机的等效电路模型作为驱动器的电气负载来设计驱动器参数。给出了理论计算同实测的结果,验证了等效电路模型的正确性和有效性。     

双定子直线旋转永磁电机特性分析与实验研究

针对现有直线旋转驱动机构结构复杂、体积大、控制精度低等问题,提出一种新型双定子直线旋转永磁电机。该电机由内外定子及一个中间动子构成,能够实现直线、旋转和螺旋运动。分析了该电机的结构特点和运行原理,建立了双定子直线旋转永磁电机的等效磁路模型,推导了转矩和推力的表达式。通过求解所建立的等效磁路模型方程,以计算该电机的空载和负载特性,其计算结果与3D有限元方法一致。设计制作了实验样机,并在所设计的样机上进行实验研究,结果表明所提出的分析理论和方法可以快速、有效地分析双定子直线旋转永磁电机的特性,且所提出的双定子直线旋转永磁电机具有可行性。     

一种新型贴片式十字型旋转压电电机的研究

基于V型超声电机的压电换能器组合驱动特性,并以简化电机结构为目的,提出了一种新型的贴片式空心十字型旋转压电电机及其工作原理。其中定子部分由八个半圆压电陶瓷粘接在一个薄的空心十字铜板的上下两侧。定子由两个相位差为90°的正弦电压激励,并在接触点处生成椭圆轨迹用于驱动轴转子。通过将定子两个正交平面内振动模态的复合,对电机的驱动原理进行了说明。利用有限元分析,模拟了各工作模式的振动形态和频率,得到了各接触点的最大位移与电机各主要结构参数之间的关系。制作了样机,并对电机的特性进行了测试。转速、预压和电压之间呈非线性关系。电机空载时的最大转速为22.9 r/min,并且讨论了十字型旋转压电电机的优缺点。     

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。     

直线驻波型超声电机的接触分析和堵转推力模型

摩擦界面对超声电机的性能有至关重要的影响。文章针对一种基于面内振动的直线驻波超声电机,结合电机的工作振型,对电机的定、转子的接触过程进行了详尽的论述,建立了堵转情况下的最大输出力模型;并进行了仿真研究。通过仿真可以得出超声电机的堵转推力受定、转装配间隙的影响最大。在电机已完成制造的情况下。如要得到较大的堵转推力,可适当调整定转子的装配间隙。     

新型组合式转子电机的分析计算与实验研究

针对普通异步电机和开关磁阻电机的转子发热和转矩脉动等缺陷，提出高密度轴向叠片各向异性转子电机，并结合具体的电机参数．估算出组合式转子电机的气隙磁密和空载电动势．用实验加以验证。建立了电机的数学模型。分析了稳态性能．并通过各种起动实验，证实了转子增加永磁体是解决ALA转子电机起动稳定性的一种有效手段。     

高温环境下旋转型行波超声电机性能研究

行波型超声电机适合用于宇航搭载设备驱动器,因此必须对其进行包括高温环境的特殊环境下的性能研究。通过对行波型旋转超声电机在高温环境下进行了机械性能测试,得到了超声电机高温环境机械特性：超声电机的空载转速有所下降,但最大力矩随着温度的升高而增大,在70 ℃时,超声电机的堵转力矩达到最大,在80 ℃时,堵转力矩微降。分析了超声电机各个部件在不同温度环境下性能的变化对超声电机机械特性的影响：电机定子和压电陶瓷在高温环境下对电机的力矩和转速有提升作用;定、转子的摩擦界面在高温环境下对电机的力矩和转速起降低作用;预压力使超声电机的力矩起增加,但使电机转速下降。     

旋转型行波超声电机中三维接触机理的研究

通过分析旋转型行波超声电机接触界面上的相对运动趋势和动力传递机理,指出定、转子存在径向滑动的现象,由此建立了考虑径向滑动的三维接触模型,并提出描述径向滑动趋势大小的指标——摩擦角,在此基础上结合定子与转子的动力学描述得到了整个电机的数学模型。文章通过仿真得到了界面上切向接触作用力的分布规律和滑动摩擦导致的能量损失情况,分析了径向滑移对电机输出特性的影响,结果与实验吻合。而以往文献的接触模型由于忽略了界面上的径向滑动造成的损耗,其性能仿真与实验结果有较大偏差,由此证明了径向滑移对电机机械性能的影响是不容忽视的。     

一种新型压电超声直线电机的研究

介绍一种利用层叠压电元件轴向伸缩振动的压电超声直线电机的工作原理、驱动方法,并设计、制作了电机样机,对电机进行了性能测试。该电机的振动体为棒形,移动体是与振动棒圆柱面接触的一个圆柱环。利用振动体的轴向伸缩振动即可实现移动体的前后移动,改变驱动信号的频率,可改变移动体的移动方向。这种电机结构简单、驱动电源为单相,容易实现小型化。而圆柱面接触增加了电机的推力,使该电机更易于实用化。非常适合用于物体精密定位、精细物料输送或振动切割工具。