二自由度行波型超声波电机定子的优化研究

本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,对定子结构进行了分析和介绍,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析。然后以电机定子表面点的振幅最大化为优化条件,对定子的结构进行优化。接着用ANSYS软件对定子进行不同倾角下的模态分析,得到定子谐振频率和倾角的关系。最后结合所设计的定子使用激光测振系统进行测试,用于确定最佳的定子倾角。测试结果表明,优化的定子使得定子表面点的振幅较大。     

多自由度球形超声波电机的研究进展

多自由度球形电机是电机研究领域的一个前沿课题.本文简要回顾了多自由度球形电机的发展历史和现状,重点分析探讨了四种典型的多自由度球形超声波电机的结构、机理、性能、特点,最后指出了多自由度球形超声波电机的一些研究重点.     

球形行波型超声波电机的驱动数学模型

球形行波型超声波电机可以实现球面轨迹的运动,但是目前其设计仍处于经验阶段。该文从球形行波型超声波电机的原理与基本结构出发,利用坐标变换关系得到转子运动时定、转子接触面上接触力的分布情况,分析了行波定子与球转子接触点的摩擦驱动力和摩擦阻力。根据运动稳定时球转子的力和力矩平衡及行波定子的轴向力平衡关系,得到球形行波型超声波电机的驱动数学模型。通过仿真分析了结构参数和行波定子特性的影响,初步验证了上述模型。     

二自由度行波型超声波电机的驱动和运动姿态控制

球形二自由度行波型超声波电机是一种多自由度超声波电机,文中介绍了一种二自由度行波型超声波电机简要的结构和机理,并介绍其驱动控制电源的设计,然后提出了一种新颖的电机姿态测量机构,最后研制基于相位差PI控制策略的电机驱动和运动姿态控制系统.实验表明,球形二自由度超声波电机驱动和运动姿态控制是可行和正确的,而且具有较高的定位精度.本文为二自由度行波型超声波电机的优化设计和性能提高奠定了理论基础.     

双转子柱体超声波电机运行机理与实验研究

环形行波型超声波电机小直径条件下，输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点。而柱体弯曲振动超声波电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子的，定子的直径越小，摇头振动的幅值越大，因而，小直径时更能显示出这种电机的优越性。该文阐述了双转子柱体弯曲振动超声波电机的运行机理，证明了定子表面质点运动轨迹为一椭球：利用ANSYS有限元软件分析了电机的弯曲振动模态；用阻抗特性分析仪分析了电机的阻抗特性和相位特性；制作了直径为20mm、有两个转子的柱体弯曲振动超声波电机，并对其输出特性进行了测试，最大转矩达0．16Nm、最高转速为220r／min。     

3个行波定子的2自由度球形超声波电机

提出一种基于3个行波定子的2自由度球形行波型超声波电机,给出了其结构及其驱动原理,重点介绍行波定子自动对心的自适应结构及其螺旋弹簧,该种结构可使每一个行波定子能柔顺地压紧球转子,可克服由3个行波定子的加工及其安装误差对电机产生的影响,保证每个定转子接触圆周之间的预紧力比较均匀一致。同时,给出了该种2自由度球电机的机械特性计算公式,并以极小范数解为优化目标等手段,分析了此球电机的性能特点。研制的球电机样机球转子直径40mm,堵转力矩达0.12N?m,空载转速90r/min,且各方向性能较一致。此球电机具有结构紧凑、安装方便和性能优越的特点,可用于机器人手腕、CCD云台控制等许多场合。     

行波型超声波电机及其速度控制特性的研究

超声波电机是一种新型摩擦驱动器。由于它是利用压电陶瓷的逆压电效应形成的弹性波作为激励源,所以,该电机同传统的电磁式电机相比,具有小型轻量、无电磁干扰、响应速度快等特点,是微机械、医疗器械、航天航空等领域中理想的驱动器。本文阐述了行波型超声波电机的工作原理,并研制出直径４０ｍｍ的旋转式行波超声波电机的实验样机,作者分析了该样机的速度控制特性,提出ＰＷＭ是行波超声波电机理想的控制方式。     

行波接触型超声波电机特性与控制研究

行波接触型超声波电机的工作原理与电磁型电机的工作原理截然不同,本文对其控制系统各组成部分作了分析,给出了控制器输出波形;并对行波接触型超声波电机定、转子之间的摩擦传动进行了研究,提出了电机效率计算方法,对机械特性与效率曲线进行了计算,计算结果与实验测试结果相符合。     

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。     

多自由度超声电机的研究进展

超声电机是一种以逆压电效应为驱动原理的新型特种电机,具有结构简单、响应快速、定位精度好、可直接驱动等诸多优点。多自由度超声电机是一种重要的类型和研究热点,可实现空间中的多维运动和驱动输出,在微摄像机镜头、机器人关节、生物医学等领域具有显著的应用优势。本文从两类结构形式的定子进行分类,对国内外多自由度超声电机的研究进展进行总结和归纳,重点概述两类不同多自由度超声电机的结构优化、输出特性和应用方面等相关研究成果,为其进一步研究提供参考。     

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。     

行波型超声波电动机的机理分析

作为一种特殊驱动源,行波型超声波电动机是一种近几年发展较快的新型电动机.通过所研制的行波型超声波电动机,阐述了行波型超声波电动机的原理和结构特点,分析了压电陶瓷这-功能材料的压电性能,设计出一种能够产生旋转行波的压电陶瓷片以作为超声波电动机的驱动元件,并在理论上分析了电机中旋转行波的产生过程.     

行波型超声波电动机定子振动解析

采用解析法对行波型超声波电动机定子振动情况进行分析，避免了有限元法难以用一般工程设计的困难，计算结果表明，采用这种方法所得结果与有限元法所得结果是一致的。     

一种改进型共轴并联式超声波电机设计

为提高传统环形行波型超声波电机的输出转矩,研制了一种改进型共轴并联式双定子双转子超声波电机。与传统行波型超声波电机相比,这一电机在保证驱动电源和直径不变的基础上,通过略微增加的体积,将输出转矩在理论上增加一倍。同时,通过对这种电机的样机进行实验检测,输出转矩较同型号超声波电机增加80%,表明该电机具有实际生产价值和广阔的应用前景。     

圆柱-球体三自由度超声波电动机及其控制

研制了一种一阶纵振和二阶弯振模态组合的圆柱-球体三自由度超声波电动机。电压幅值控制采用逐点比较控制和矢量控制方法,并对其进行了运动轨迹跟踪的控制实验。     

圆柱形多自由度超声波电动机运动控制的实验研究

介绍了自行研制的圆柱形多自由度超声波电动机的结构、驱动原理和输出性能。对该电机进行了运动控制的实验研究,包括控制系统的组成、电机的基本控制特性、控制方法及轨迹跟踪控制,最后分析了造成控制误差的原因,提出了提高控制精度的措施。     

摇头型超声电机在国内外的发展

文章从原理上对摇头型超声电机进行了阐述和分类，并介绍了摇头型超声电机在国内外的最新发展动态。