直线型驻波超声电机的建模与仿真研究

建立了棒形直线超声电机的力学数学模型。该模型比较全面地把握了电机驱动振子、导轨及相关部件所组成的非线性振动系统的运动特征，考虑了驱动振子与导轨在接触瞬间的冲击。用所建模型进行了电机的起动过程和输出特性的数字仿真。     

一种环型驻波超声电机的结构设计与工作机理

对环状超声电机定子中驻波的特征进行了分析,探讨了驻波状态下电机定子端面质点轨迹与矩形板表面质点运动轨迹之间的差异,指出驻波状态下圆环定子内圆周侧面上只有靠近波峰和波谷附近的区域和电机转子相接触,且接触区域的正压力会增大。设计了一种新型驻波超声电机,电机定子内侧面采用矩形小齿结构,并且实现了电机的薄型化。分析了此驻波电机的工作机理,证明利用驻波状态下波峰和波谷位置矩形小齿的位移能够驱动电机转子。制作了样机,完成了电机定子性能测试和电机运行实验。实验结果表明,电机在输入单相电压信号时能实现平稳运转。     

驻波型超声波电机及其驱动系统的实验研究

根据振动理论和单相驱动驻波超声波电机的运行机理，进行了该类型超声波电机样机和驱动系统的设计。通过实验，分析了谐振频率、输入电压和预压力时电机特性的影响。     

旋转型超声电机伺服特性探讨

旋转型超声电机机械特性不能全面反映它的运行特性。为了更好地将旋转型超声电机应用于伺服系统,有必要对旋转型超声电机的运行特性进行全面的研究。为此,笔者搭建了一个测量旋转型超声电机运行特性试验系统,以江苏丰科超声电机科技有限公司早期生产的TRUM-60型超声电机为试件,在固定输出频率和固定输出电压两种情况下,得到TRUM-60型超声电机的机械特性曲线族和调节特性曲线族。实验结果表明,该型超声电机的机械特性和调节特性均为单值函数,它们都满足伺服系统对伺服电机运行特性的要求。因此,TRUM-60型超声电机能够作为伺服电机而使用。     

长环形驻波直线超声电机振子有限元分析

提出了一种长环形直线驻波超声电机振子,并对该超声电机振子进行了研究。利用有限元分析软件对振子的工作模态进行了分析,阐述了振子的工作原理。对支撑结构、影响振子振动模态固有频率的主要结构参数,进行了数值分析,确定了振子的结构形式。振子与支撑结构采用柔性铰链连接,利用第18阶正交的两个面内弯曲模态工作,实现了电机振子双接触面驱动、正反两个方向运动。证明了该类振子利用面内弯曲振动模态可以实现双面驱动、正反双向直线运动。为环型驻波直线超声电机的设计提供了理论参考。     

振子齿对驻波型直线超声电机振动模态的影响

对一类直线型驻波超声电机振子的振动模态进行了系统分析，讨论了定子齿的位置、几何尺寸对直线型超声电机的固有频率、振型的影响，为该类驻波型直线超声电机的设计提供了理论依据。     

超声电机的驱动控制

综述与评价新型驱动装置——超声电机的驱动控制系统.     

单相压电电机驱动的高精度孔径光阑设计

为满足空间光学仪器小型化、轻量化、精密化需求,设计了一种单相压电电机驱动的孔径光阑。对压电光阑的整体结构进行设计,实现光阑结构与功能的一体化设计;以压电陶瓷和碳纤维为基体设计具有高强度和功率密度的压电定子;通过COMSOL有限元软件对复合压电定子动力学特性进行分析,以及进行模态频率一致性调节;最后对光阑动圈进行结构优化以及干扰模态分离设计。根据设计方案制作压电光阑样机,其质量仅为49 g,孔径可变范围为0.5～35 mm。实验结果显示：光阑完全放大与闭合时间分别为89 ms和92.4 ms,最小角分辨率为4×10^-5 rad。该研究简化了光阑的组成和控制,使其在保证精度的同时,结构更紧凑,质量更小。     

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。     

超声电机在南京航空航天大学的研究与发展

介绍了南京航空航天大学超声电机研究概况；叙述了南京航空航天大学超声电机研究中心在超声电机技术方面所取得的研究进展和成果；列举了该中心在研究超声电机中所解决的若干关键技术；总结了取得这些进展和成果的主要原因和经验。最后，提出了本中心当前的研究任务，展望了超声电机未来的发展。     

单相激励旋转步进超声电机原理

结合模态旋转型步进超声电机和自校正步进超声电机的特点,提出了一种单相激励的旋转步进超声电机原理。该电机具有开环控制下,无累积误差的特点。采用同一种工作方式实现驱动和定位,避免了自校正步进超声电机失步或多步的问题;克服了模态旋转型步进超声电机步距角较大的弱点,无需牺牲负载能力就可实现较小的步距角。制作的原理样机实验中未发现错步现象,其堵转力矩、步距角和单步运行最大误差分别为0.0032Nm、7.5度和0.6度。     

超声电机的试验研究

叙述了实验研究对超声电机技术发展的重要性。简明地介绍了自南京航天航天大学超声电机研究中心创建以来，超声电机实验仪器设备的建设情况和超声试验研究的进展。重点地叙述了超声电机零、部件模态试验、瞬态试验和机械特性试验等的试验目的、方法、仪器设备及一些经验体会，并列举了若干典型试验结果。最后指出：为了进一步提高超声电机产品质量，扩大超声电机的应用市场，还需继续改进老的试验系统，建立更新更多的试验仪器和设备。     

超声电机驱动的旋转变倍机构

变焦功能是光学系统中常用的一种功能,完成变焦功能的载体一般被称为变倍机构。传统的沿光轴切向移入移出变倍镜组式与沿光轴同向移动变倍镜组式变倍机构存在：占空间大、机构复杂、变倍时间长、断电不能自锁等缺点。为了弥补传统的变倍机构的不足,本文研究开发了一种新型超声电机驱动的旋转变倍机构,并利用该变倍机构进行了试验并验证这种机构的有效性;这种机构还可以同时实现数组焦距的切换。实验结果证明：新变倍机构可以实现最大转角误差0.432′, 当相机像元大小为30μm,光学系统焦距为300mm时,最大转角误差时光线在成像面上的偏移量小于0.034 mm ,远小于一个像元相当的长度。     

螺旋驱动杆式行波型超声电机

设计了一种螺旋驱动杆式行波型超声电机,初步分析了其驱动机理。推导了螺纹牙型角与定子长度以及转子直径三者之间的关系,并以提高螺纹驱动效率为目标函数,确定了电机主要结构尺寸,优化了用于放大振幅的定子凹槽结构。加工制作了样机,并搭建了试验装置,测试了电机的主要性能参数。试验表明：电机实际工作频率为24.5kHz,与仿真结果基本一致;调节相差可实现正反转控制,启停灵敏;在220V驱动电压下,电机最大空载转速为40r/min,堵转轴向力为1.7N。     

新型多轴旋转超声电机原理

提出了一种多轴旋转超声电机结构及工作原理。该电机利用两个环形定子的振动相互配合,直接实现夹持在其中的球形转子的多方向旋转,避免了多定子多自由度超声电机的动力学耦合和单定子多自由度超声电机的预压力施加困难的问题。该电机具有结构简单紧凑、易于小型化的特征,可望用于光学镜头或一些机构的姿态调节。原理样机可直接旋转的方向数为9个,行波驱动获得的堵转力矩为0.012 1 Nm,驻波驱动的8个方向堵转力矩分别为0.004 3,0.003 2,0.004 1,0.003 7,0.004 0,0.003 3,0.004 3和0.003 5 Nm。     

冗余电机驱动型分离装置的设计与试验

提出一种基于冗余电机驱动触发解锁的新型分离装置,利用一对夹口带有螺纹的释放夹咬合连接螺栓,实现连接功能。该装置具有快速释放分离、释放冲击小、可重复测试和使用等优点。经过方案设计、仿真分析和结构优化,对加工装配的样机进行了性能测试,结果表明:样机可承载10 kN,释放分离时间约56 ms,释放冲击为29.7g。     

一种新型超声电机驱动电源的研究

介绍了一种直接用市电供电的超声电机驱动电源的基本原理及其工作方法。该电源采用脉总宽度调制的方法,用一级功率电路得到稳定的高频高压信号。文中详细介绍了控制信号的产生及反馈网络的相位补偿的方法,使输出信号稳定且满足驱动超声电机的需要。     

旋转行波型超声电机定子的非线性动力学分析

超声电机作为一种新型电机,独特的性能使其在如太空探索、精密仪器等一些特殊领域有着广阔的应用前景。然而,超声电机的强机电耦合非线性特性使其在工作过程中往往会产生频率漂移、跳跃等非线性现象,从而影响电机工作的稳定性。用四阶Runge-Kutta法、Lyapunov指数、Poincaré截面等方法获得了旋转行波超声电机定子在单相激励下的非线性振动响应特性,研究了定子振动响应的Hopf分岔以及由Hopf分岔通向周期解的变化过程,该结果对进一步改善行波型超声电机输出特性的研究具有一定的参考意义。     

斜动子与塔形定子构成的单驱双动超声电机

针对两相超声电机对模态频率一致性要求高及单相超声电机难于实现双向运动等问题,提出了一种单相驱动双向运动斜动子塔形直线超声电机。动子相对于塔形定子倾斜安装,利用塔形定子的面内对称模态或面内弯曲模态为工作模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对于动子的倾斜方向,实现动子正、反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角适用范围,对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明,在导轨倾斜角为35°,激励电压为500 V,预压为力4.5 N的条件下,面内对称振动模态工作时的最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;面内弯曲模态工作时的最大空载速度为756 mm/s,最大输出力为0.8 N。     

超声电机多定子同步驱动技术的研究

研究多定子超声电机同步驱动技术,通过多定子同步驱动增加电机的驱动力(矩),解决目前单定子驱动电机输出功率不大的问题,并且以两个定子同步驱动为例,分别给出了采用分立元件、AVR以及DSP 3种器件设计驱动电路的方法,比较分析了各自的优缺点,并指出多定子同步驱动可有效提高电机运行的可靠性和稳定性,探讨了同步驱动技术今后的发展趋势。