弛豫铁电单晶超声电机的仿真与试验研究

弛豫铁电单晶以其良好的压电性能和低温适应性成为超声电机性能提升理想的替代材料。由于单晶物理性能的各向异性,在单晶超声电机设计过程中必须考虑振幅均匀性和振型干扰问题。该文通过对两种具有振幅均匀性的单晶切向进行压电、介电、弹性性能的计算和有限元分析,分析了单晶超声电机定子的工作频率、振幅和振幅均匀性;设计制作了单晶超声电机样机,并对其进行了测试。结果表明,20mm单晶超声电机堵转扭矩达到0.057N·m,优于同直径的压电陶瓷超声电机。     

三种弯曲旋转超声电机的原理及研究

介绍了三种不同结构的弯曲振动模态超声微电机。详细讨论了它们共同的驱动原理，分别介绍了压电片夹心式和压电管式电机的结构特点及性能测试。在此基础上，研制了一种更易实现微型化的压电柱式超声微电机，并介绍了它的极化原理及结构。文章对弯曲振动模态超声电机的设计具有指导意义，对其深入研究具有参考价值。     

行波型超声电机速度测控系统的研究

研制了一种行波超声电机速度的计算机测试控制系统。实验结果表明，该控制系统可以准确测试本中心研制的φ45mm压电行波型超声电机的启动关断性能，并解决了压电行波型电机由于长时间运转发热产生谐振频率漂移导致电机转速下降的问题，能进行频率跟踪，从而保持电机转速的稳定。     

微小型驻波超声电机定子振动特性的仿真分析

针对直径10 mm的两种驻波型超声电机定子的振动特性进行有限元仿真分析。利用ANSYS有限元软件建立定子的有限元模型,进行了振动模态及谐响应的仿真分析,获得定子的主要振动模态、模态频率及振幅。探讨了2种压电陶瓷及定子长度对其谐振频率和振幅的影响。研究结果表明,驻波型超声电机定子上斜槽或斜齿结构可实现模态转换,是实现电机驱动的关键。在分析的两种驻波型超声电机的8个定子中,采用PZT4压电陶瓷材料、长度16 mm的斜槽式超声电机定子的振幅值最大。     

压电陶瓷材料对超声马达性能的影响

考察了３种不同性能的压电陶瓷材料,即偏硬性的铌镁－铌锰－锆钛酸铅（ＰＭＭＮ－ＰＺＴ）、软件的铌镁－铌镍－锆钛酸铅（ＰＭＮ－ＰＮＮ－ＰＺＴ）和性能介于二者之间的经ＭｎＯ２添加改性的ＰＭＮ－ＰＮＮ－ＰＺＴ对压电马达性能的影响。利用这３种压电陶瓷材料作为一种摇头式压电超声马达的定子换能器,分别考察了它们对转速、力矩输出、效率和定子换能器的频带宽度等性能的影响。作为对比,也考察了研制的压电马达和日本同类压     

检测超声换能器用改性钛酸铅压电陶瓷材料

本文介绍了改性钛酸铅压电陶瓷材料的研制。通过配方筛选和改善工艺,得到了具有如下性能水平的改性钛酸铅系列压电陶瓷材料: 厚向机电耦合系数k_t 0.51—0.61 径向机电耦合系数k_p 0.07—0.36 介电常数∈ 250—300 机械品质因数Q_m 10—1000 其中,k_t为0.56;k_p为0.07;∈为230和Q_m为250的改性钛酸铅压电陶瓷材料用于研制检测超声换能器阵取得了满意的效果。     

强脉冲γ线辐射对压电陶瓷材料性能的影响

加速度压电传感器是反应堆内常用的振动测量器件,其核心部件是压电陶瓷材料。由于在强核辐射环境下,中子和γ线分别于压电陶瓷内的原子核和核外电子发生相互作用,发生微观损伤,此损伤经由分子尺度、介观尺度直至会表现为宏观性能（包括材料的压电性能及表观形貌信息等）的变化,将影响器件的性能。长时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化已有研究,然而短时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化的研究较少。该文在辐射装置上进行压电陶瓷材料的高剂量率γ线辐照,随后对材料辐照前、后的压电性能、表观形貌等信息进行实验测试,通过测试结果分析了高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能的影响。     

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。     

压电超声电机及其应用

近年来,国外研制成功许多新型的压电超声电机,它们具有高性能、大转矩、高效率、小型化和低成本等优点。这些电机包括超声线性电机;采用圆环形结构的弯曲振动的行波电机;利用椭圆振动的压电振动器的旋转电机以及采用三角形压电双晶片元件制作的超声电机等。本文评述上述各种电机的工作原理、结构、材料、性能及其主要应用。     

1—3型压电陶瓷复合材料的研究

本文主要介绍１－３型压电陶瓷复合材料，并将它的主要性能与纯ＰＺＴ陶瓷材料进行了比较，找到了１－３型压电陶瓷复合材料的机电性能随ＰＺＴ陶瓷材料体积比变化的规律。     

各向异性压电陶瓷材料

本工作制备了添有少量Pb(Zn_(1/3) Nb_(2/3))O_3,Bi(Zn_(1/2) Ti_(1/2))O_3和MnO_2的高电阻率,高密度的改性(PbCa)TiO_3压电陶瓷。这种陶瓷在150℃和施加40—50kV/cm电场条件下极化之后显示出大的各向异性压电特性。它具有高的厚度扩张模式机电藕合系数Kt,高的机械品质因素Qm低的介电常数,而平面耦合系数Kp值极小。于是,这种新的压电材料适于制作高频陶瓷滤波器超声换能器,金属探伤检测器,以及声表面波器件等。     

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.     

铅镁锰锑铌多元系压电陶瓷材料

采用先驱体法制备了Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))_A(Mn_(1/3)Nb_2/3))_B(Mm_(1/3)Sb_(2/3))_CZr_DTi_EO_3(PMMSN)铅镁锰锑铌多元系中温压电陶瓷材料。从XRD图谱可以看出,先驱体法容易消除焦绿石相,得到单相钙钛矿材料。实验结果表明,先驱体法制成样品的烧成温度较低,压电和介电性能优良。1100℃烧结样品的性能参数:Qm为2060,k_p为0.55,ε_r为1200,d_(33)为293 pC/N,tgδ为0.45×10~(-2),可用于压电变压器、超声换能器和压电马达等功率型器件。     

单路信号激励的非接触超声马达的试验研究

目前研究的非接触超声马达都是建立在行波理论基础上,这类马达需将定子弹性体激励出行波,因而它至少需要两路相位差成π/2信号源,其驱动电路复杂,文章提出了一种新型的圆筒型非接触超声马达,它只需单路信号激励,定子采用在圆筒弹性外表面粘贴矩形板压电陶瓷构成。根据有限元分析设计制造了定子,并进行了可行性试验。文章给出了转子结构尺寸对马达转速的影响试验,当采用四叶片转子时马达无负载的最高转速为2025r/min,并采用间接方式测试了马达的起动转矩。     

超声电机湿热环境试验研究

为研究超声电机对湿热环境的耐受性,采用人工模拟加速法对其进行湿热环境试验,测试并比较超声电机湿热环境与常态环境下的电机机械性能、定子性能及摩擦材料吸湿性能.试验结果表明,经过湿热环境加速试验后,超声电机仍可正常工作;电机机械性能与定子性能试验前后较稳定;以聚四氟乙烯作为摩擦材料基体对超声电机在湿热环境下工作或储藏较适合...     

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.     

液体媒质非接触型压电超声马达机理研究

介绍了一种液体媒质非接触型压电超声马达;这种马达的定子与转子是不接触的,且转子处于液体媒质中,定子压电振动所产生的能量通过定、转子间的液体传递给转子,从而驱动转子旋转,是压电超声马达的一个新的研究领域,文章给出了液体媒质非接触型压电超声马达的结构及驱动电路,对其运行机理进行了分析,并对目前存在的问题及进一步的研究方向作了阐述。     

超声波电机的装配调试技术

超声波电机的装配调试是超声波电机研制的重要环节,主要难点是压电振子粘接、预紧力调试及机电匹配调试。本文自主摸索出一套适合超声波电机快速小批量生产的装配和调试技术。采用摩擦材料、定子弹性体、压电陶瓷、柔性印制电路板的一体化粘接,解决压电振子的粘接难题;采用粗调和微调相结合的方法,快速完成机电匹配调试,缩短生产周期。形成一套规范化的装配调试方法及流程,并应用于超声波电机的小批量生产和研制,研制出的超声波电机微型扁平,体积为14 mm×14 mm×4 mm,输出力矩达到2 mN.m,通过功率谱密度(PSD)为0.2 g2/Hz的随机振动和–40℃～60℃的高低温试验,并集成应用到系统中实现步进驱动功能。     

宏微压电驱动器的电源设计与试验

针对超声电机与压电微驱动器对驱动电源的要求,设计出一种既能驱动超声电机又能驱动压电微驱动器的驱动电源,该驱动电源由可调变压器、半桥模块及以高性能数字信号处理(DSP)芯片TMS320F28335为核心的控制器组成。该电源驱动超声电机时,电源输出相位差、频率均较大范围连续可调的二相超声频率交流电;驱动压电驱动器时,电源输出较大范围连续可调的直流电。对行波型旋转超声电机及钹型压电驱动器的系列驱动试验表明该电源能同时满足超声电机和压电驱动器的驱动要求。