单相短柱型直线超声电机的设计

提出了一种单相驱动的立式短柱型压电直线超声电机,论述了该电机的动作原理和设计过程。该电机利用纵向振动和横向振动的耦合模态工作。为获得同一驱动频率的一致的双向运动特性,该电机采用对称结构,利用压电陶瓷在短路和开路时弹性模量存在差异的特性,用单相驱动信号实现了纵向和弯曲耦合模态的有效激发。以增大电机弯曲振动模态前后振幅比为目标,利用三自由度集中质量的简化模型,优化了定子的结构。制作了电机的原理样机,对其进行了输出性能测试。实验结果表明,电机的输出性能良好。电机定子长22mm,自重3.3g,0.3N输出推力下最大速度达140mm/s,5N预压力下最大输出推力近1N。     

单相短柱型直线超声电机的设计

提出了一种单相驱动的立式短柱型压电直线超声电机,论述了该电机的动作原理和设计过程。该电机利用纵向振动和横向振动的耦合模态工作。为获得同一驱动频率的一致的双向运动特性,该电机采用对称结构,利用压电陶瓷在短路和开路时弹性模量存在差异的特性,用单相驱动信号实现了纵向和弯曲耦合模态的有效激发。以增大电机弯曲振动模态前后振幅比为目标,利用三自由度集中质量的简化模型,优化了定子的结构。制作了电机的原理样机,对其进行了输出性能测试。实验结果表明,电机的输出性能良好。电机定子长22 mm,自重3.3 g,0.3 N输出推力下最大速度达140 mm/s,5 N预压力下最大输出推力近1 N。     

一种低频大行程直线型压电电机的研究

基于叠层式压电陶瓷在低频带范围内的变形幅值大,与驱动电压线性度好且基本不随驱动频率变化的特点,提出并研制了一种低频大行程直线型压电电机.与共振式压电电机相比,该电机在低频范围内输出速度与驱动频率的线性度好,可控性较好.对电机的工作机理进行了分析,同时利用有限元软件对电机的结构进行设计,并试制了原理样机.实验结果表明,电机可在100 Hz～2 kHz的频带工作,其速度在100 Hz～1 kHz的频带内基本和频率成正比,最大空载速度为60 mm/min.     

螺旋箝位双向大推力压电直线作动器研究

设计了一种基于螺旋箝位原理的尺蠖式压电直线作动器,它可实现大推力、大行程双向作动。阐述了螺旋箝位运动原理,进行作动器的结构设计。通过ANSYS有限元仿真分析了箝位力对端面的影响,并对力矩电机主轴进行强度校核,分析了计算力矩电机转速与压电叠堆驱动频率的匹配关系。最后,搭建实验测试系统。结果表明,该作动器在叠堆驱动电压为150 V、频率100 Hz、电机转速150 r/min时,获得最大推力为190 N,行程可达60 mm。     

行波超声电机发热量的估计方法

通过超声电机动力学原理,建立超声电机发热量的理论模型,确定了电机发热主要来源于压电陶瓷发热和摩擦生热;进行超声电机的温度特性实验,验证理论模型.实验证明,理论模型可正确反映行波型超声电机的发热情况.     

一类面内弯曲模态行波直线超声电机的研究

提出了一种新型含有不完全齿的圆环型行波直线超声电机,电机的动子滑块在一定预压力下紧贴在圆环型振子外表面齿形结构的端面上,4个压电陶瓷片间隔90°均布于圆环型结构的内侧,4组驱动齿分别与压电陶瓷片位置间隔45°布置。电机工作时,仅一处驱动齿工作,通过轮换不同工作齿的方式可提高超声电机的寿命。电机利用两个同频正交的面内三阶弯曲模态工作。利用有限元软件对振子进行了动态设计与仿真,分析了结构参数对模态的影响。加工制作了原理样机,并测试了样机的振动特性及输出性能。实验结果表明,该电机在激励电压峰-峰值为240 V,激振频率为30.459 kHz,预压力为0.6 N时,电机运行平稳,最大输出力为90 mN,电机的空载速度为102 mm/s。     

基于复合放大机构的压电直线电机

为利用驱动足椭圆轨迹的改变实现对压电直线电机输出性能的控制,提出并设计了一种基于复合放大机构的压电直线电机.电机驱动足由三角机构和杠杆机构构成,电机工作时在三角机构顶端能形成椭圆轨迹,杠杆机构能调节椭圆轨迹的大小.在电机结构设计过程中利用有限元软件进行关键参数的选择,制造出了样机并进行性能测试.结果表明,电机在低电压、宽频带内能稳定运行.通过改变放大系数,研究了椭圆轨迹对电机输出性能的影响,结果表明,在驱动信号不变时,通过改变放大系数能实现驱动足顶端椭圆轨迹的调节,从而改变电机的输出性能.     

面内弯纵型直线超声电机的数学模型与实验研究

提出了一种弯纵复合振动型的直线超声电机,电机由一块金属板和8片压电陶瓷片组成,金属板开设了4个长形孔,金属板开孔使电机的工作频率点得到优化.通过电机定子的机电耦合分析,提出了弯纵型直线超声电机的数学模型.弯纵复合振动的激发使定子驱动足的椭圆运动轨迹得以形成.通过实验验证了电机的可行性.     

大推力低矮式直线超声电机的研究

提出了一种定子高度尺寸不足20 cm的直线型微型压电超声电机,并通过原理样机的实验研究证实其合理性和可行性.该电机体积小,输出功率较大,最大速度可达150 mm/s,输出推力为3 N,能满足一般的驱动和控制要求,适用于要求结构紧凑、成本相对较低的应用场合.     

压电陶瓷片在杆式超声电机中最佳位置的研究

以杆式超声电机为研究对象，通过理论分析、计算机模拟和实验研究等，得出了压电陶瓷片在杆式超声电机振子中的安放位置，即压电陶瓷片应安放在压电振子应变最大处。该结论为优化设计杆式超声电机提供了一个重要理论依据。     

低频压电马达的工作机理与动力学研究

为了满足当前精密仪器对压电马达小尺寸,大扭矩的要求,设计了一种倾斜式压电低频马达,这种马达不仅节约成本,且能由低频电源驱动,使用范围比高频压电马达广泛。该文研究了这种马达驱动能力形成的机理,建立了驱动结构的动力学模型,根据试验研究的需要制作了样机,并对样机进行了实验测试,完成了输入频率对输出转速和输出扭矩影响的实验研究。结果表明,新型低频压电马达在输入频率为290Hz时性能最优。     

四足压电驱动装置的电源设计与研究

压电驱动装置具有纳米级/微米级定位的特性,被广泛应用于精密控制运动平台中,故对压电驱动装置的速度和精度的要求越来越高。根据步进式压电马达驱动原理,结合四足压电驱动装置动力学模型,设计了一种用于新型叠堆结构的四足压电驱动装置的驱动电源。该电源是高电压为±250 V和高频率为1.5 kHz的线性电源,且采用硬件阻抗补偿和信号切换两种策略,进一步解决了容性负载对信号频宽影响的问题,使四足压电驱动装置高精度恒速输出。同时应用硬件在环仿真与测试的方法搭建了实验平台。实验结果表明,在精度为1 nm分辨率的激光干涉仪采集设备中,实现了点对点50.7 nm的四足压电驱动装置的运动测试。     

基于MC34063控制的压电陶瓷泵电源研制

针对应用于输出电压较小(12～18 V)的燃料电池系统中压电陶瓷泵的驱动问题,在建立压电陶瓷泵的数学模型的基础上提出并研发了一种新的压电陶瓷泵驱动电源.该电源采用MC34063控制芯片控制Boost变换器升压和全桥变换器功率放大,给压电陶瓷泵提供±150 V方波电压,并使陶瓷泵工作在很宽的频率范围(10～100 Hz).对一压电陶瓷泵的特性实验的研究表明此新型驱动电源输出精度高,响应速度较快,驱动能力强.     

基于COMSOL Multiphysics超声波电机的谐振特性分析

基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析,建立了超声波电机压电振子的实体模型,仿真计算出了压电振子的谐振频率,确定超声波电动机的最佳工作频段,提出了电机与驱动电路匹配方法.试验结果表明:当对压电振子施加幅值为100 V的激励电压后,软件分析和数学计算基本一致,可见仿真分析方法的可行性,为研究超声波电机谐振特性提供了一种简便的计算方法.     

双足压电振子驱动模式的比较研究

为比较驻波直线超声电机双驱动足同时驱动与交替驱动的两种工作模式,该文提出了一种多足驱动的超声电机振子。该振子双侧共有4个驱动足,其中一侧的2个驱动足实施同时驱动模式,另一侧的2个驱动足实施交替驱动模式,便于比较及分析两种模式之间的性能差异。通过有限元仿真确定了压电振子的结构尺寸、弯曲工作模态及固有频率,制作振子并开展了振子的振动特性和输出性能及其比较的实验研究。实验结果表明,在激励电压峰峰值100 V、谐振频率26.30 kHz的条件下,交替驱动时空载速度和最大输出力比同时驱动提高了14%和40%。在交替驱动模式下,避免了因多个驱动足互相干扰动子而导致压电振子输出功率降低的问题,输出速度和输出力得以提高,与同时驱动模式相比,交替驱动模式有利于改善输出性能。     

小型压电式超声微幅振动试验台的分析与设计

通过对压电直梁弯曲振动特点进行分析,用有限元分析软件设计出一种结构简单的小尺寸压电式超声微幅振动试验台.该试验台主要由压电直梁、T字型台面及两端附加质量组成,利用压电直梁的奇数阶弯曲振动模态实现梁中间处的台面在竖直方向上的简谐振动.样机的测试结果表明,试验台输出频率涵盖范围广,台面振幅分布均匀度较好和振动幅值精度较高,可作为一种实验平台用以研究超声电机及超声振动输送(给料)中的动态接触问题.     

一种直线压电电机驱动足的结构优化设计

直线压电电机在精密仪器、生物医学和半导体封装等行业具有广阔的应用前景,其定子结构特性直接影响了电机运行的稳定性和输出性能。以一种直线压电电机定子驱动足的位移输出特性为优化目标,研究该类电机驱动足结构优化设计方法,提高该类电机的综合输出性能。通过分析驱动足的微观几何位移特性,理论研究了驱动足结构参数对输出端宏观运动特性的影响。研究了不同结构下驱动足的输出特性,确定驱动足的结构参数及最优值。最后对优化后的驱动足位移输出性能和力学性能进行仿真分析。加工优化样机,并测试电机的机械输出性能。实验结果表明,电机的输出力为0.64 N,比优化前增大了52.4％。