杆状弯曲行波超声电机定子和转子的优化设计

采用有限元模态分析和谐响应分析方法，分析了杆状弯曲行波型超声电机定了上开槽尺寸与其一介弯曲固有频率的关系以及开槽尺寸与定子上与转子接触部位振幅的关系。对电机转子的两种设计方案进行运动分析和有限元接触分析，并得出两者结论是一致的。     

UMT60行波型超声电机定子模态分析

超声电机定子结构的振动特性决定了该结构对各种动力荷载的响应情况,对UMT60行波型超声电机定子进行模态分析,得到定子的振动特性,即固有频率和振型,为超声电机的各种动力分析提供依据.     

圆柱体弯曲振动超声电机椭圆运动轨迹研究

分析了圆柱体弯曲振动超声电机定子上质点椭圆运动轨迹的特点。从椭圆运动的两个分运动，即有效椭圆运动和线性滑动两个方面，对三种不同驱动方式的电机进行仿真分析，并将结果绘制成图。得出了圆柱体弯曲振动超声电机定子的外圆面中部无线性滑动的结论，为提高圆柱体弯曲振动超声电机的效率及结构简化提供了理论依据。     

行波型超声电机演示装置的驱动与控制

对行波型超声电机驱动的快速反应装置控制时序驱动电路进行了分析与设计,在该装置中黑、白球随机落下,光电检测装置分别感受黑白球信号、检测有无球落下及拨盘运动是否到位,并经控制电路驱动行波型超声电机动作,以便快速分检出黑、白球。该装置对超声电机的性能展示及其应用具有重要的意义。     

一种新型杆式行波型超声电机的研究

以提高新型杆式超声电机转速、负载能力和能量转换效率为目标 ,对电机定子、转子的结构和接触模型进行了研究。以有限元分析计算为基础提出了新的电机定子结构 ,使定子在定子、转子接触面处的振幅加大 ;提出并应用了柔性转子的概念 ,使定子、转子在接触面上的径向相对滑动大为减小。用实验方法对电机机械性能进行了测试和分析 ,得出电机定子 (兰杰文振子 )的预压力以 2 0 0 0N左右为佳 ,定、转子间最佳的预压力 35N。实测工作频率为 38.7kHz时 ,无负载转速为 2 2 5r/min ,堵转力矩为 4 2N·m ,达到了设计要求     

旋转型行波超声电机瞬态响应能力的试验研究

针对惯量负载下旋转型行波超声电机的瞬态特性及变化规律,建立了描述超声电机响应特性的动力学模型,从动力传递机理的角度分析了超声电机的转速阶跃响应特性。通过试验分析评估了阶跃幅值和惯量负载的变化对阶跃响应时间的影响,给出了带惯量负载下旋转型行波超声电机阶跃响应的瞬态特性,验证了旋转型行波超声电机在给定环境下应用的瞬态响应能力。     

行波型放置超声电机的低温特性

将行波型旋转超声电机的定子环形体等效为压电复合梁模型,考虑温度分 别对压电材料和定子金属基体的影响,引入温度影响系数得到温度对超声电机共振频率影响 的数学模型,通过对模型进行计算机仿真,分析 了电机共振频率随温度的变化。建立了超声电机在低温下的试验测试系统,测试了低温环境 下电机的机械特性,以及摩擦材料对电机转速稳定性的影响。对比 常温和低温下摩擦材料表面的形貌显示,低温对磨擦界面的影响较小。总之,目前研制的行波 型旋转 超声电机在低温下的性能有所下降,在超低温环境中性能变化则较大。     

螺旋驱动杆式行波型超声电机

设计了一种螺旋驱动杆式行波型超声电机,初步分析了其驱动机理。推导了螺纹牙型角与定子长度以及转子直径三者之间的关系,并以提高螺纹驱动效率为目标函数,确定了电机主要结构尺寸,优化了用于放大振幅的定子凹槽结构。加工制作了样机,并搭建了试验装置,测试了电机的主要性能参数。试验表明：电机实际工作频率为24.5kHz,与仿真结果基本一致;调节相差可实现正反转控制,启停灵敏;在220V驱动电压下,电机最大空载转速为40r/min,堵转轴向力为1.7N。     

行波型旋转超声电机的低温特性

将行波型旋转超声电机的定子环形体等效为压电复合梁模型,考虑温度分别对压电材料和定子金属基体的影响,引入温度影响系数得到温度对超声电机共振频率影响的数学模型,通过对模型进行计算机仿真,分析了电机共振频率随温度的变化。建立了超声电机在低温下的试验测试系统,测试了低温环境下电机的机械特性,以及摩擦材料对电机转速稳定性的影响。对比常温和低温下摩擦材料表面的形貌显示,低温对磨擦界面的影响较小。总之,目前研制的行波型旋转超声电机在低温下的性能有所下降,在超低温环境中性能变化则较大。     

多自由度超声电机研究的一些新进展

多自由度超声电机是从九十年代初开始研究的、在单自由度超声电机的基础上发展起来的一种新型电机。由于这种电机能提供两个或两个以上自由度的运动，且具有超声电机本身的独特优点，因而有广阔的应用前景。文中列举了几种最新出现的多自由度超声电机，阐述了它们的结构、工作原理和特点，为关注这方面发展动态的同行们提供参考。     

圆柱—球体三自由度超声电机运动机理研究

研制了一种新型的圆柱—球体三自由度超声电机 ,分析了该电机结构 ,推导了电机输出三自由度旋转运动的机理。该电机采用了三组压电陶瓷元件 ,可在定子上单独激出两个在空间上相互垂直的弯曲振动模态和一个纵向振动模态 ,当这些振动模态中任意两个组合时 ,在定子顶部的圆形平面上任一点产生的椭圆运动可驱动转子绕单轴旋转 ,两两组合即可形成对转子三个自由度转动的驱动。样机的实验结果证明了理论分析的正确。本文内容为该电机的进一步研究提供了理论依据。     

阶梯圆柱形压电振子直线型超声电机

针对现有直线型超声电机推力较小、效率不高的普遍现状,提出利用阶梯圆柱形压电振子驱动的直线型超声电机.其压电振子包含两组压电陶瓷单元,经逆压电效应激发阶梯形圆柱压电振子在两个正交方向上分别产生5阶弯曲振动,使振子两个圆盘形结构的表面质点形成椭圆运动,经摩擦作用于固定导轨,使振子组件沿导轨产生直线运动,进而构成直线型超声电机.采用有限元仿真方法确定结构尺寸,制作原理样机并进行了相关试验.原理样机获得如下性能:最大输出力为16.2 N;最大速度为180 mm/s;最大效率为38％;响应时间为24 ms;步进分辨率为2μm.     

纵弯式压电微马达驱动机理研究

分析了纵弯式压电微马达驱动机理,建立了纵弯式压电微马达输出功率与驱动臂的倾角、长宽比之间的相位差及压紧力关系的数学模型,为纵弯式压电微马达的优化设计奠定了基础。     

压电电机梁环耦合振子弯曲振动分析

提出了两种求解带圆环约束的横梁自由振动方法,并利用两种方法分别推导出带圆环约束横梁的固有频率方程及模态函数。比较两种算法所得梁的振动模态,发现并提取了两者之间的相似模态。通过实际算例得到了两种算法所求得的各阶相似模态固有频率的误差。改变带圆环约束横梁的结构参数后,分析了各参数对两种算法所得相似模态固有频率误差的影响,以及误差存在的原因,确定了两种算法的适用范围。     

纵弯复合型直线超声电机振动模态有限元分析

介绍了纵弯复合型直线超声电机的结构和工作原理，运用Ansys7．0有限元分析软件建立了该直线超声电机的有限元计算模型，对于纵向、弯曲振动模态的简并进行了分析，归纳了电机结构参数对驱动振子谐振频率的影响以及实现纵向和弯曲两种振动模态简并的一般规律。有限元计算结果与原型样机实验测试结果的比较表明，在自由边界条件下，有限元分析结果与实测结果完全一致。研究结果为利用有限元方法进行纵弯复合型直线超声电机设计提供了依据。     

基于压电叠层振动的一种直线电机的设计

设计了一种利用压电叠层的微幅振动的新型压电直线电机。分析了非共振状态下电机的工作机理,设计了电机的定子结构和总体结构。利用有限元软件对驱动足进行仿真分析,得到了柔性结构的最佳尺寸。制作了样机并进行测试,试验表明电机的运行速度随激励频率和激励电压的增加而增加,且在一定阈值内近似成线性关系。当驱动电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,电机的空载速度可达2.8 mm/s,最大推力可达3.5 N。该电机工作频带宽、驱动电压低,对电机的结构精度和加工精度要求不高。     

镶拼式复合压电超声换能器的径向振动特性

对一种镶拼式复合压电超声换能器的径向振动特性进行分析。该镶拼式复合压电超声换能器由弹性内芯、矩形压电陶瓷晶堆环组及金属预应力管径向复合而成。采用压电陶瓷晶堆,可大幅提高换能器的功率容量及有效机电耦合系数。依据机电类比原理,得出换能器的机电等效电路和共振频率方程;探讨换能器的第1、2阶共振和反共振频率及机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系,并进行有限元仿真分析和试验测试。研究表明,换能器第1阶径向共振及反共振频率随其内芯内径及预应力管外径增大而降低;第2阶共振频率随内芯内径增大存在极小值,但随预应力管外径增大而下降,并且第2阶共振模式的有效机电耦合系数较高。对换能器共振频率的测试和仿真表明,理论与试验及仿真结果相符合。     

纵弯式压电微电机研究

分析了纵弯式压电微电机的驱动机理,提出了电机驱动臂的设计方法。研制了直径为5nm的纵弯式压电微电机并进行了实验研究。     

一种新型孔式模态转换型超声电机

针对斜槽式模态转换型超声电机工艺复杂,成本太高,研制了一种全新结构的孔式模态转换型超声电机.利用振动理论分析了电机的模态转换原理及工作机理.利用ANSYS软件对电机定子进行了仿真分析,分析了电机定子的工作模态和谐响应.制造了一台原理型样机,测量了样机的工作频率、振型、转速、转矩等.结果表明,这种电机的工作频率约为57.5 kHz,空载转速可达1 000 r/min,最大转矩可达0.15 N·m,其性能与所研制的斜槽式原理样机相近.