纵扭复合型超声波电机原理及模态简并研究

介绍超声波电机的发展概况，结构和运行原理，重点分析了纵扭复合型超声波电机的模态简并部题以及电机结构对谐振频率的影响，最后归纳出复合型超声电机通过改变结构实现模态简并的一般规律。     

纵扭复合型超声波电机的实验研究

概述了对纵扭复合型超声波电机的实验研究。其中包括压电陶瓷片的极化方式、有限元模型的修正、工作频率和振型的测量、电机负载转速等机械特性的测量、超声减摩实验、提高电机负载性能的关键因素 ,并指出今后要做的提高电机性能的实验。最终成功研制了一台直径 45mm纵扭复合型超声波电机 ,最大扭矩为 1N·m。     

纵扭复合型超声波电机的力传递模型

复合型超声波电机是各种超声波电机中最典型的低速大力矩电机,其定转子接触方式是断续面接触,这与行波型电机连续的若干点接触不同,也是实现大力矩的根本原因,因此分析其定转子的力传递模型很重要。该文先简单叙述了以往采用等效电路描述具有的问题,其次,通过电机轴向冲量守恒建立了定转子接触角与电机预压力和摩擦材料物理参数的关系,随后利用振动周期内周向电机负载和驱动力所作的功相同的原理,给出电机负载与定子纵 扭振动和转子参数的关系,并据此确定电机转子参数和预压力,研制的复合型超声波电机(直径80mm)的堵转力矩为13.2 N穖的大力矩,空转转速为12.5 r/min。初步形成了电机转子设计的理论基础。     

复合型超声波电机纵振动系统的设计及其特性

从纵振动压电振子预应力的控制及其安装位置的选择对纵扭复合型USM纵振动系统性能的影响进行了探讨,得到了一些对今后研究具有一定指导意义的结论。     

扭、纵超声电机定子的设计研究

扭、纵超声电机的扭振模态和纵振模态达到共振频率简并对提高电机运行性能至关重要．必须进行精心设计。介绍一些基本设计原则和方法，编制了一维网络传输矩阵软件（UTD），同时使用有限元软件对电机定子进行设计。比较了两种软件的计算结果，说明了两个计算结果不同的原因。对实验用样机进行测试，该电机扭、纵共振频率差小于0．1kHz，简并良好。     

大扭矩超声波电机的结构分析

比较行波型和驻波型超声波电机的驱动机理,简单介绍几种大力矩的超声波电机及其工作原理,分析纵扭复合式超声波电机的结构,归纳出纵扭复合式超声电机的设计步骤,并设计了一台直径为８０ｍ ｍ 纵扭复合式超声波电机的样机     

纵扭复合型驻波超声波电动机的回顾与展望

介绍了国内、外纵扭驻波超声波电动机的发展状况，列举了各主要研究机构具有代表性的纵扭超声波电动机的尺寸参数和运行特性，分析了不同结构的纵扭超声波电动机的优缺点，还说明了新型斜槽式驻波超声波电动机的优缺点。最后指出纵扭超声波电动机实现大力矩输出的难点和一些解决方法，以及它的研究方向和发展前景。     

一种具有中空结构的纵扭复合型超声波电机

为了提高电机低速时的大力矩,提出了一种具有中空结构的新型纵扭复合型超声波电机。其工作原理利用了一阶扭振动和一阶径向振动(引起的纵向振动)模态。用有限元法和实验结果阐述了其振型及其调谐思路,并就结构尺寸对频率的影响进行了具体分析。电机具有调谐方便、轴向尺寸小和力矩大等特点。     

斜槽式模态转换型纵扭超声波电动机的研究与实验

分析了斜槽式模态转换型纵扭超声波电动机的驱动原理,设计、制作了斜槽式模态转换型新型电机,并进行了实验测试与分析。实验结果表明在工作电压为380 V、预压力为0.44 N、激励频率为40.45 kHz时,电机的最大转速为15.6 r/min。     

基于DSP的纵扭复合型超声波电机驱动电源

针对超声波电机的特点,介绍了基于DSP的方波逆变方式工作的驱动电源.结合控制和功率变换电路,可以获得驱动超声波电机所需的两相幅值、频率、相位可调的交变方法;通过串联电感匹配,获得了较好的驱动波形.     

平面超声波电动机的研究

提出了一种新型平面超声波电动机.电动机采用单定子十字正交纵弯夹心换能器结构,4个驱动足位于相应端部第一个弯曲驻波的波腹处.借助有限元法,分析电机结构参数对纵振和弯振特征频率的影响趋势,调整结构参数将纵弯模态特征频率简并至22463 Hz.建立驱动足运动轨迹的数学模型,借助有限元瞬态分析,对驱动足振动轨迹进行仿真,实现对所建立振动轨迹数学模型的验证.     

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     

行波型超声波电机定子的对比实验研究

根据定性分析超声波电机设计所涉及的材料、结构和尺寸等问题,设计了不同结构参数的定子.利用有限元法建立了带齿的行波型超声波电机定子的模型,并进行定子的振动模态分析和共振频率的计算.通过实验测试超声波电机的输出特性,分析了不同结构参数的定子对超声波电机输出特性的影响.最后,通过分析结果和实验结果的比较,对超声波电机弹性体厚度与压电陶瓷厚度的比值范围提出了一定看法.     

一种新型直线超声电动机设计

新型直线超声电动机采用面内振动的形式,以层叠式压电陶瓷材料作激振元件。通过ANSYS有限元软件对电机的结构尺寸进行相应计算,并对电机装配进行了设计。经实测,电机的最大无负载速度可达110mm/s,最大输出推力3.7N,达到了预期的目的。     

纵扭超声波电动机的驱动接触有限元模型

自编了计算纵扭超声波电动机的驱动接触模型的有限元分析软件，该软件使用二维轴对称结构压电耦合有限单元，能够进行定子的模态和谐响应分析，以及定、转子接触过程（瞬态到稳态）分析。最后分析计算了直径32mm纵扭超声波电动机的振动模态、谐响应和输出特性，得到力矩-负载、转速-负载、力矩-转速曲线，计算结果与实验结果十分吻合。     

三圆柱定子纵-弯复合模式超声波电机的研制与实验

该文研究了三圆柱定子纵-弯复合模式超声波电机的驱动机理,设计制作了三圆柱定子纵-弯模式的新型结构电机,并进行了实验测试。实验结果表明,该类型电机不但结构简单紧凑,而且具有良好的输出性能,如反应速度快、控制特性好,低速大转矩等,设计达到了预期目标。