旋转惯性压电电机最优驱动方案分析

提出了一种新型旋转惯性压电电机,推导了旋转惯性压电电机在非对称信号激励下的惯性冲击力矩方程以及电机平均输出力矩方程;分析了系统参数对激励信号突变时刻惯性冲击力之差的影响规律;给出了旋转惯性压电电机可输出速度与转矩的最优驱动频率区间。最后通过实验系统验证了理论计算与分析的正确性。     

基于支持向量化与混沌搜索的新型直线电机参数优化

以一种新型圆筒直线电机为研究对象,推导出了适合其结构特征的电磁方程;采用变分方法,建立了电机轴对称涡流场的有限元模型;通过仿真计算,得出了电机的启动推力和电流;样机试制和输出性能测试表明了有限元模型的正确性.基于正交和随机混合试验设计方法安排有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间;通过支持向量机对结构参数与计算结果的输入输出关系进行非参数回归建模,然后用混沌搜索方法对回归函数进行优化,得出最优目标结构参数.有限元仿真验证表明,基于支持向量机和混沌搜索的优化方法用于研究新型直线电机电磁结构参数是可行的.     

行波型超声波电机及其研究

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应工作的新原理微特电机。与传统电磁型电机截然不同,其驱动力矩并非南电磁感应产生,而是由压电陶瓷超声频域的振动转化而来。该文从振动理论出发,成功设计制作了一台行波型超声波电机的样机,并对样机的性能进行测试和分析,得出了提高这种电机性能的关键参数。     

二级杠杆柔性铰链复合结构的双足压电直线电机

为实现精密机械装置的快速定位,增加压电直线电机中位移放大结构对压电叠堆输出位移的放大能力,提出了一种基于二级杠杆和柔性铰链复合结构的新型双足压电直线电机。首先,对电机的作动原理进行分析,推导了驱动足轨迹方程。为提高其输出性能,对直圆型柔性铰链的参数进行了优化,得到最佳铰链参数为厚度th=0.2mm、切割半径Rh=1mm和宽度bh=10mm。最后,制作了该电机样机并进行了振幅、速度和负载性能测试,基于正交试验方法对电机速度进行了分析,得出电压对电机速度的影响更灵敏。实验结果表明,驱动足Ⅰ、Ⅱ的位移振幅分别在75μm和63μm附近波动,差值约为12μm;在120V、110Hz的信号激励下速度达16.163mm/s,最大负载能力为1.7N。与现有的压电直线电机相比较,该电机结构简单,易于安装调试,具有响应快、大振幅、速度大且运行稳定的特点。     

新型双定子永磁游标电机电磁性能研究

提出一种在结构上由内、外双定子以及中间转子构成的新型永磁游标电机拓扑结构,永磁体采用内嵌的方式安装在转子内部。在该电机内、外定子上设计有起磁场调制作用的调磁齿,实现对内、外双重气隙磁场的调制作用,提高磁场的利用率,使电机能够输出较大较平稳的转矩。详细阐述该新型双定子永磁游标电机的工作原理,给出具体的设计参数以及二维、三维结构示意图,并运用电磁有限元软件完成对该电机模型的建立,针对其电磁性能进行仿真分析,结果显示该新型双定子永磁游标电机具有有效的谐波调制作用,并能实现较大较平稳转矩输出。     

液体动静压电主轴关键技术综述

液体动静压主轴以其高回转精度、高动态刚度、高阻尼减振性和长寿命等性能优势,在高速精密机床领域获得广泛应用,但进一步适应超高速超精密加工需要,发展成为将机床主轴与高速电动机功能从结构上融为一体的液体动静压电主轴,还需解决高速化和结构集成化带来的轴承温升控制和电机性能优化等技术难题,需进一步从机理层面研究轴承特性和电动机高频电磁损耗等科学问题。因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结。回顾液体动静压机床主轴轴承技术的发展历史;从轴承油腔结构、节流器、轴颈偏斜、轴瓦弹性变形、轴承副表面形貌、液体惯性效应、热效应、润滑介质可压缩性及非牛顿特性、水润滑动静压轴承等方面,对影响液体动静压电主轴轴承特性的关键技术进行逐一分析和评述;从高速电主轴对电动机几何特性、转速—力矩特性、热特性、振动及噪声特性的要求等角度,全面评述电动机性能的电磁参数设计方法、电磁损耗机理及计算方法和电磁损伤故障防治技术;具体分析动静压电主轴整机特性优化中的关键技术难题;对液体动静压电主轴技术的未来发展趋势进行预测和展望。     

基于压电悬臂梁的驱动器与传感器性能分析的精确解析模型

三层压电梁结构在电场作用下发生变形后会产生诱发电势,进而改变材料整体电势分布,本文考虑此变形和电势耦合效应,基于欧拉-伯努利梁变形理论,推导出能够准确预测压电智能悬臂梁传感器与驱动器性能的解析表达式。考虑压电梁结构弯曲变形后产生的电场影响,建立了三层压电梁结构的控制方程;建立了压电梁作为驱动器时端部输出位移、驱动力矩与输入电压之间联系的解析表达式,以及作为传感器时输出电压与端部作用力之间联系的解析表达式。通过与ANSYS有限元模拟结果以及传统的驱动器和传感器性能表达式的对比,验证了所推导的解析表达式的准确性。     

具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器

为改善惯性压电驱动器输出性能,提出了一种新型具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器。在非对称夹持的基础上,定义了一种偏置结构。为了解偏置结构对驱动器输出性能的影响,建立了机构的力学模型方程,推导并仿真分析了驱动器的动力学特性。设计、制作了试验样机,搭建了试验系统;进行了试验测试并与无偏置结构驱动器进行了性能对比。结果表明:偏置距离为15mm时,驱动器输出步距角速度最大。与无偏置结构驱动器相比,驱动电压为100V、23Hz时,驱动器输出最大角速度从3.48rad/s增加至5.39rad/s,增幅达54.88%,驱动器最大驱动力矩从2.41N·mm增加至3.62N·mm,增幅达50.2%;驱动电压为100V,4Hz时,驱动器稳定运行时的承载量达1 300g。理论与试验结果表明,提出的有偏置结构的驱动器具有输出步距角速度和驱动力矩更大的特点。     

面向响应性能的集成式电子液压制动系统执行器参数优化

针对集成式电子液压制动系统,提出一种面向响应性能的执行器多参数优化匹配方法。结合执行器结构对其进行参数初步匹配;以电机角位移为控制变量,基于集成式电子液压制动系统状态方程建立电机角位移响应性能仿真模型;利用仿真模型分析执行器参数对角位移响应性能的影响;建立以角位移稳态误差和上升时间为优化目标的优化模型,并利用模拟退火粒子群算法求解。优化结果表明,优化后的执行器参数能有效改善集成式电子液压制动系统的响应性能。     

新型行波压电电动机的结构研究及理论分析

环型和圆盘型行波压电电动机小直径条件下,输出性能逐渐失去低速大力矩的特点。由于结构限制,其定转子的动态点接触导致电动机运转不平稳、磨损大和驱动力矩小等不足。针对这些不足提出一种新型行波柱面驱动压电电动机,将传统的点接触改进成现在的线接触,即环型或圆盘型定子改进成圆柱型定子。阐述了行波压电电动机的运行机理以及电动机驱动系统原理。通过对压电电动机定子结构的振动理论分析,证明此新型结构电动机符合一般压电电动机形成驱动及正常工作的基本条件。利用ANSYS有限元软件分析电动机定子的振动模态, 给出选取振动模态的理论依据。制作了直径为20 mm的柱面驱动压电电动机,并对其输出特性进行测试,得到测试结果为输出力矩／质量比是0．426。     

新型杆式压电电机柔轮的自由振动分析

分析了柔轮在新型杆式压电电机中的自由振动。叙述了电机的工作原理,运用Donnell壳体理论,建立了柔轮受活齿力作用时的自由振动方程。得出了柔轮的频率方程和模态函数表达式,讨论了振动频率和模态振型随结构参数的变化规律。研究结果为该种电机的性能评价和设计提供了理论依据。       

双定子-双转子型大力矩超声波电机的研制

针对单定子-单转子环形行波型超声波电机的输出力矩小,无法满足大力矩驱动应用要求,提出了采用双定子-双转子结构构造大力矩超声波电机的思想。在保证驱动电源和定子直径不变的条件下,通过增加电机轴向长度,采用单轴共轴的形式将两个转子的力矩并联输出,达到提高电机输出力矩的目的。采用基于结构摄动理论的结构修改法对新型电机两定子的工作频率进行了调谐研究。实验结果证明,新型电机的两定子的谐振频率具有良好的一致性,堵转力矩达到1.1N.m,较同型号的传统超声波电机堵转力矩增大近一倍,表明该电机具有较好的输出性能和实际应用前景。     

压电超声波电机技术发展水平与应用前景展望

压电超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应获得旋转力矩的新原理电机,其异于电磁型电机的工作机理与卓越特性使其在仪器仪表、办公设备、航空航天等领域具有广阔的应用前景.本文对压电超声波电机的技术特点及其在国内外的发展状况作了分析,并对其应用前景进行了综述.     

新型交替极永磁游标电机的优化设计与分析

为解决适用于低速场合的永磁游标电机永磁体极数多的问题,通过提高电机的输出性能,提出一种新型交替极永磁游标电机拓扑。通过有限元法对比4种不同的励磁永磁体配置,研究Halbach阵列增强交替极电机输出性能的方式;针对齿槽转矩与输出转矩,对电机的结构参数进行优化设计;最后,分析该电机的电磁性能、气隙磁密和谐波分布。仿真结果表明:与传统交替极电机相比,该新型交替极永磁游标电机在反电势、气隙磁密、齿槽转矩、输出转矩和电机效率上有较好的性能,适用于低速大转矩的应用场合。     

汽车EPS系统参数匹配计算方法

本文主要对车辆进行开发的前期阶段,汽车EPS系统的参数匹配方法以及计算过程进行分析,结合多年的开发经验明确了相关的参数建议。同时对EPS在进行选择和参数确定期间,基于可能受到的主要影响,最终明确了电机额定功率的选择,电机电磁噪声匹配以及电机转速和电机输出力矩的校核。     

电动汽车用永磁同步电机的转子结构优化

为了改善电动汽车用V型内置式永磁同步电机的性能,通过使电机的转子外表面分段偏心得到不均匀气隙的转子结构,完成了电机的优化.基于二维电磁有限元仿真,得到最合适、最优的不均匀气隙转子结构;通过对转子外表面分段偏心的偏心距进行尺寸参数分析,得到不同的偏心距对电机的电磁性能的影响.优化后电机的齿槽转矩降低了55.04％,噪声降低了15.66 dB.结果表明转子外表面分段偏心的结构改善了电机气隙磁密的正弦性,提高了电机的空载反电势和输出转矩.     

杆式超声电机频率一致性设计关键问题研究

首先介绍了杆式多自由度超声电机及其工作原理,在此基础上,为提高该种电机其整机动力学输出性能,根据电机振子设计要求,用有限元方法建立了其结构动力学模型并确定了振子结构形式以及压电陶瓷片在杆式超声电机振子中的最佳安放位置;其次基于螺栓联接非线性系统,考虑摩擦、接触等非线性因素对杆式超声电机精确有限元建模。据此设计、制造了杆式超声电机原理样机,实验验证表明很好地满足了电机频率一致性设计。     

压电双晶片的能量传输特性分析

基于压电双晶片的准静态本构方程,详细地分析了准静态情况下悬臂梁式双晶片执行器在常见的三种不同载荷(力、力矩、压力)情况下的机电转换特性,即有效机电耦合系数、最大能量传输系统、最大输出机械能量时效率.分析结果表明:这些特性主要由压电双晶片材料的横向机电耦合系数k31决定;三种载荷中,以力矩形式输出机械能时压电双晶片执行器的效率最高,以力的形式输出时稍低,以压力形式(如用于推动气体或液体)输出时效率最低.这些结论对于设计压电双晶片执行器的结构具有指导意义.     

圆柱形多自由度超声电机特性的实验研究

从提高驱动效率、改善输出性能的角度出发,研制了一台新结构形式的圆柱形多自由度超声电机,对电机定子的工作模态和电机的输出性能进行了测试.电机定子的模态实验表明,无论是工作频率的一致性、驱动端的振幅,还是压电陶瓷元件与工作振型的相互位置关系,均较好地满足了设计要求.电机输出性能的测试结果表明,电机的输出转速和输出转矩得到显著提高,电机的性能体积比超过国外同类型、同规格的电机.     

直驱式2D阀用湿式力矩马达的研究

针对传统的力矩马达结构复杂,散热性能差等缺点,在2D阀基础上,提出了一种新型的湿式力矩马达,设计了机械结构,阐述其工作原理,并对力矩马达进行电磁仿真,确定合理的磁路通道。对关键零件弹簧杆的力变形进行分析,确定弹簧杆参数。最后搭建专用的实验装置对力矩马达的性能进行实验研究。实验结果表明:在极靴距离衔铁表面0.5mm,单个线圈通入0.5安培的电流时,阀芯产生正负0.9°的角位移,力矩马达具有良好的静动态特性。