超声电机快速反应装置的控制时序分析和电路设计

对超声电机快速反应装置进行了控制时序分析和电机驱动电路设计。在该装置中黑、白球连续下,由光电检测装置快速感受黑、白球信号、并经驱动电路使超声电机快速动作,以便分检出黑、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。     

超声电机快速响应装置的设计与分析

介绍了超声电机快速反应的演示装置,光电传感器检测黑白球,电感式接近开关限位控制,数字模拟混合电路驱动超声电机动作,快速分检出黑、白球,该装置演示超声电机的快速响应 及断电自锁性能,并可用于生产线上的产品识别与分捡等。     

傅里叶变换的行波型中空超声电机的系统效率

由于行波型中空超声电机的驱动信号为高压、高频信号,因此,由行波型中空超声电机及其驱动器组成的系统的各级功率与效率不容易获取,这些因素均影响到后续对行波型中空超声电机性能的研究。针对此问题,首先,通过傅里叶变换的方法对超声电机驱动信号进行处理,构建了电机及其驱动系统各级效率的计算方法;然后,通过实验获取了行波型中空超声电机及其驱动器组成的系统的效率,并进一步研究了驱动频率、驱动电压及谐振匹配点对系统效率的影响。实验表明:驱动频率越靠近谐振频率,系统总效率越高;驱动电压越大,系统总效率越高;驱动电路匹配的谐振点远远高于电机机械谐振频率,使得驱动信号频率介于电路谐振频率和机械谐振频率之间时系统的效率最高。     

超声电机在磁悬浮飞轮锁紧装置中的应用

为了保护卫星发射阶段磁悬浮飞轮系统,设计了一种超声电机驱动的锁紧装置,实现了锁紧和解锁功能,达到保护飞轮的目的.锁紧装置包括机械结构部分和驱动控制部分.机械结构部分使用旋转型行波超声电机做驱动源,传动部分采用蜗轮蜗杆带动执行机构锁紧飞轮转子.驱动控制部分的核心为单片机和超声电机驱动电路,并进行了超声电机驱动的锁紧装置试验.试验表明:锁紧和解锁过程中电机的输入功率分别为7.6W和6.7W,电学输入参数稳定;在许用范围内电机温升4℃;锁紧装置可在沿飞轮径向产生171 N锁紧力.超声电机驱动的锁紧装置具有重量轻、占用空间小、简化了传动部分设计的优点,为磁悬浮飞轮系统的进一步小型化提供了可能.     

实现磁悬浮球旋转的驱动装置分析

为实现磁悬浮球的旋转驱动,设计了一个轴向磁场结构的驱动装置,该驱动装置通过在驱动绕组中通入三相交变电流产生周向运动的旋转磁场,与其在磁悬浮球中感应出的涡流相互作用产生驱动力矩,能够实现对磁悬浮球的旋转运动。为便于分析装置的特性,建立了适合该驱动装置的电磁模型,采用了分析实心转子电机常用的多层行波电磁场理论方法进行磁场分布的求解。使用某公司的电磁场分析软件Maxwell12对装置的三维模型进行磁场分析,证明了所建立的电磁模型的可行性。通过实验实现了磁悬浮球的旋转运动。     

旋转行波超声电机的冲击动力学模拟及实验

研究了冲击产生的高过载对旋转型行波超声电机结构和性能的影响机理和规律。首先,结合旋转型行波超声电机的工作机理和结构形式,建立了该型超声电机在冲击载荷下的有限元模型,利用显式算法模拟其在冲击过载环境中的暂态过程,分析电机的定、转子及压电元件等部件的应力和应变分布规律,研究和评估了目前超声电机结构对瞬时超大过载的耐受情况;其次,设计了特定夹持装置,对旋转型行波超声电机的耐过载特性进行了马歇特锤击实验,实验结果很好地印证了理论分析结果;最后,综合理论和实验结果评定了当前典型的旋转行波超声电机结构在特殊使用环境中的耐过载能力及易损伤部件。实验结果表明,紧凑和简单的结构特点使得超声电机本身具有较好的适应大过载环境的工作能力,在直接承8千个重力加速度冲击过载后仍能维持一定的输出特性。     

旋转行波超声电机性能提升技术进展

为推动旋转行波超声电机的发展及其在精密驱动领域的应用,综述了其性能提升技术研究进展并分析了现阶段尚且存在的技术问题。首先,从定子行波的合成、质点椭圆运动轨迹、接触界面的摩擦驱动等方面论述了传统旋转行波超声电机的运行机理。然后,从结构优化和新材料应用角度综述了旋转行波超声电机的发展及其局限性;从温升控制角度阐释了温度变化对超声电机性能的影响并介绍了现有解决方案;论述了变预压力对谐振频率漂移的耦合影响,并指出了目前研究存在的不足;从双行波驱动角度分析了超声电机发展过程中的重大突破,概况了其研究历程及可行的发展方向。最后,归纳了旋转行波超声电机亟待解决的技术难题,并建议了解决方案。     

超声电机寿命测试的方法研究

介绍了超声电机寿命测试的原理和试验方法。利用计算机并行接口实现了对超声电机转速、运转周数和运转时间等数据的实时采集和对超声电机运转、停止的控制。该方法成功地应用于南京航空航天大学TRUM系列行波型超声电机的寿命试验。经测试，TRUM系列行波型超声电机的使用寿命达到了300h。     

超声电机驱动及控制技术的新进展

以TRUM-60行波型超声电机为研究对象,挖掘和利用超声电机的一些优异伺服作动特性,从驱动控制器的电气特性入手,对超声电机驱动及控制技术进行了更加深入的应用工程研究.在超声电机再次加电启动、开环条件下旋转角秒级和直线纳米级的分辨率、快速往复动态特性、双PWM功率驱动拓扑结构等驱动及控制算法与策略等方面,获得了一些新的研究进展.     

超声电机在真空高低温环境下的驱动性能

为了对行波型旋转超声电机在同向负载下的驱动性能进行测试,并研究真空高低温环境对电机驱动性能产生的影响,设计并搭建了一套测试系统,从而实现了对超声电机转速和负载扭矩的测量,并对测试设备采取了控温措施,保证设备在高低温环境下的测试精度不会下降。试验结果表明,利用该系统可获得有效测试数据,得到超声电机在真空高低温环境下的驱动性能曲线,并将其与常温常压环境下的曲线进行比对,可以看到真空高低温环境对超声电机在同向负载下的驱动性能产生了一定影响。本研究成果为超声电机在航天领域的广泛应用奠定了可靠基础。     

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。     

热烈祝贺本刊主编、南京航空航天大学赵淳生教授当选为中国科学院院士

赵淳生，机械工程专家，南京航空航天大学教授。湖南衡山人。1961年毕业于南京航空学院飞机系。1984年获法国巴黎高等机械学院工程力学博士学位。长期从事振动工程技术和应用研究。提出了超声电机结构参数优化设计理论和方法；建立了超声电机定子／转子间“粘着-滑动”非线性摩擦界面模型；提出了行波超声电机定子反共振点恒流驱动模式、频率自动跟踪新方法和压电陶瓷元件分区极化新方式；解决了行波超声电机定子近频模态混迭及二相频率分离的难题。研发了杆式、环式和圆板式行波型、自校正驻波型、直线型，纵扭复合型和多自由度型等16种具…     

行波型超声粉体输送装置输送机理的研究

研究了行波型超声粉体输送装置,其输送机理是利用压晟陶瓷的超声振动激起输送管中的衰减行波,由衰减行波引起输送管管壁质点的椭圆运动从而输送粉体,并从波动理论的角度证明了行波型超声粉体输送装置中衰减行波和椭圆运动的存在,分析了管壁质点椭圆运动输送粉体的原理,为该装置的进一步研究提供了理论依据。该装置具有结构简单,控制精度高和噪声小等特点,有着广阔的应用前景。     

基于超声电机的X-Y精密定位工作台

超声电机是一种新型的微型电机,与传统的电磁电机相比它具有很多优点.基于这些优点超声电机可以在诸如定位、跟踪等方面有较好的应用.本文将超声电机作为于定位工作台的驱动部件,由两台行波型超声电机分别带动工作台的X、Y轴上的滚珠丝杠旋转,实现X-Y工作台的精确定位,定位精度可以达到2微米.     

信息速递

系列超声电机问世 南京航空航天大学自１９９５年成功地研制出环形压电行波超声电机原型后,又连续新开发直线型、驻波型和行波型超声电机,其中行波型系电机基本达到国际同类产品先进水平,受到全国首次超声波电机技术研讨会上与会的清华大学、浙江大学、上海交大等高等院校、科研所３０余位专家教授的赞赏。这些系列超声电机已在国内试用,不久将投入批量生产。 超声电机是国际上最近发展起来的一种新型电机,它突破了传统电磁电机的概念。没有电枢绕组和磁路,不依靠电磁相互作用来转换能量,而且利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动,将…     

超声波液体传送装置的设计

提出了一种行波型超声液体传送装置,其传送机理是利用纵向振动的超声波换能器激起传送管上的弯曲行波,使输送管管壁质点产生椭圆运动从而在液体中产生声流来驱动液体运动。从理论上证明了超声波液体传送装置中行波和声流的存在,并建立了有限元模型。该装置具有结构简单、响应迅速和噪声小等特点。     

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.     

新型行波直线超声电机的结构与有限元分析

提出了一种新型行波直线超声电机结构,该电机利用2个固有频率接近的面内弯曲模态叠加形成沿周向传播的行波,从而驱动动子做直线运动。首先,基于有限元法建立了考虑定、动子三维接触的整机动力学模型,对定子结构尺寸进行设计;其次,通过该模型分析了定、动子之间的接触力传递过程、电机的驱动机理、电机稳定运行时驱动足的椭圆运行轨迹、电机的启停特性以及不同输入参数下电机的输出性能等动力学特性;最后,试制原理样机,搭建实验平台对电机性能进行测试。研究结果表明：该电机工作原理可行,机械输出性能良好;所建立的有限元模型合理,使用该模型能预测电机的性能,并进一步指导电机的设计及优化。     

旋转型行波超声电机网络的性能测试和仿真

行波超声电机是新型电机,利用能量转换摩擦传递超声波振动,产生动力,其结构简单、性能优越和发展迅速。旋转型适合在医疗、航空航天等精密领域中使用。本文介绍了超声电机的工作原理和分类等,着重分析了不同温度下对电机工作频率、机械特性和摩擦材料等的变化情况。旋转型行波超声电机的性能随温度的升高呈下降趋势。     

运用超声电机的燃油调节器活门顶杆机构

设计了一种基于超声电机的燃油调节器活门顶杆机构.该机构通过滚珠丝杆与旋转型行波超声电机(traveling-wave rotary ultrasonic motor,简称TRUM)的输出轴相连,将电机的回旋运动转化成执行元件即活门顶杆的直线运动,通过控制PSoC产生脉冲信号的个数实现了超声电机的步进驱动,可以精确调节油门的大小.针对机构的工作环境对现有的TRUM型超声电机进行了密封性改进,使其可以适用于油压工况.建立了活门顶杆的数学模型,对其进行动力学分析,并通过样机试验进行验证,得到的结果与理论分析基本一致.试验表明,该机构样机可以达到设计要求并实现纳米级的定位精度.