双柔铰导向式非共振压电直线电机

光波导封装等领域对拥有大行程、高精度以及高分辨率的微位移平台有大量需求,在研究微位移平台的过程中设计了一种双铰链导向式非共振压电直线电机。简述了电机的工作原理,完成了电机的结构设计,制作出电机的样机并完成相关的实验,实验设备主要有信号发生器、功率放大器、示波器和激光位移传感器等。实验表明,电机最大速度达到10.36mm/s,分辨率达到0.3μm,理论最大输出推力达到8.33N,电机设计达到预期目的。     

一种双足驱动压电直线电机

为研制高精度、大行程、大推力的压电直线电机,设计了一种基于叠层压电陶瓷的步进式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足振幅与电压成线性关系,且最大振幅可达2.9μm,电机最大无负载速度为796μm/s,最大输出推力为4.8N,达到了预期的目的。     

三角位移转换式压电直线电机

为了在保持电机精度的同时获得较大作动行程,提出了一种以叠层压电陶瓷作为激励振动源的压电直线电机。分析了电机的工作原理,推导了电机驱动足在工作时的运动轨迹。设计安装了电机样机,并对其定子进行了测试。最后,在两种激发条件下实验研究了电机的整机性能。结果表明:单组叠层压电陶瓷激励时,该样机定子驱动头在接触面法向和切向同时具有振动分量,并能够在阶跃和连续两种不同激励方式下实现单向大行程直线运动。以锯齿波激励时可实现步进运动,激励频率为20Hz时步距为0.1μm;以两路相位差π/2的正弦波激励时,可在1.5kHz到5.8kHz的激励频率区间输出稳定连续的直线运动,其运动速度随激励频率的升高而增大,在峰-峰值110V(50V偏置)的正弦电压激励下其推力可达4.8N。该电机具有高位置分辨率和宽频率响应,可以在两种工作模式下分别稳定地实现直线步进和大行程连续运行。     

多足箝位式压电直线电机的研究

提出一种基于尺蠖式原理的多足箝位式压电直线电机。对电机的工作原理和机械结构进行介绍和分析,给出了该电机输出力的计算公式,并对电机进行了试验研究。该电机有效降低了该类驱动器的加工和装配的要求,增强了电机运行的稳定性。     

两级复合放大箝位步进压电直线电机

针对尺蠖式电机运行过程中导轨与动子对加工与装配要求过高的问题,提出了一种尺蠖式原理的两级复合放大箝位步进压电直线电机,分析了电机的工作原理,设计了电机箝位机构和总体结构。利用有限元软件对箝位机构进行仿真分析,得到柔性结构的最佳尺寸。制作样机并设计实验,得到了电机的速度特性曲线并进行分析。样机的实验结果证明了该方案的可行性,并且在电压峰峰值为100V、频率为150Hz的方波信号激励下,电机的空载速度可达1.23mm/s,最大推力可达1.6N。该电机有效降低了驱动器的加工与装配要求,增强了电机运行的稳定性。     

基于压电叠层振动的一种直线电机的设计

设计了一种利用压电叠层的微幅振动的新型压电直线电机。分析了非共振状态下电机的工作机理,设计了电机的定子结构和总体结构。利用有限元软件对驱动足进行仿真分析,得到了柔性结构的最佳尺寸。制作了样机并进行测试,试验表明电机的运行速度随激励频率和激励电压的增加而增加,且在一定阈值内近似成线性关系。当驱动电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,电机的空载速度可达2.8 mm/s,最大推力可达3.5 N。该电机工作频带宽、驱动电压低,对电机的结构精度和加工精度要求不高。     

非共振式压电直线电机精密驱动及定位控制

为实现光机结构、集成电路等领域中大行程及高精度的位移控制,利用较为适用的非共振式尺蠖型压电直线电机,基于高压功率运算放大器,设计了非共振式压电直线电机的精密复合放大驱动电路,通过理论分析及实验得到的伯德图验证了驱动电路的分辨率和幅频特性。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心处理器,以光栅尺为反馈元件,通过分析非共振式压电直线电机的多种运行模式,根据直线电机的运行时序,设计完成了开环大范围整步运行模式与闭环小范围单步运行模式相结合的控制策略,在单步运行模式中分别设计完成了PID控制算法及PID与压电陶瓷迟滞逆模型前馈相结合的复合控制算法。实验结果表明,该控制策略能够实现大行程内的精密位移控制,复合控制算法具有比PID更加优越的控制效果,能够在21mm大行程内实现1.5nm的闭环定位控制精度,直线电机的最大驱动力可达300N,满足大行程高精度位移控制的应用需求。     

蠕动式压电/电致伸缩直线电机钳位机构设计

提出一种用于微进给压电／电致伸缩直线电机的弹性夹紧钳位机构。该机构采用柔性铰链和径向分布式杠杆构成力放大机构,实现对主轴的钳位与松位作用。本文在分析计算单槽半圆柔性铰链转角刚度、夹紧机构的力放大系数的基础上,讨论钳位机构与主轴之间的初始间隙、柔性铰链转角刚度以及杠杆机构的分布组数等因素对夹紧力的影响。该钳位机构可有效地降低钳位致动电压和机械配合精度,提高压电／电致伸缩直线电机的承载能力。     

采用耦合机构驱动的压电电机的研究进展

给出了压电电机的定义，按驱动方式对压电电机进行了分类；介绍了耦合机构驱动的概念及从蠕动驱动到楔蠕动驱动再到离合器驱动的发展过程，指出离合器驱动方式与传统的摩擦驱动方式相比，优点在于消除了摩擦损耗和易于进行精确的位置控制等；介绍了两种采用离合器耦合驱动的压电旋转型电机；分析了电机在研制过程中的技术难点在于消除或减小离合器回程间隙及位移放大机构等，指出耦合机构驱动的旋转型压电电机是今后压电电机发展的一个重要方向。     

多工作模式压电直线电机的设计与研究

提出了拥有多种工作模式的新型非共振式压电直线电机。对电机的核心部件定子结构进行了设计与建模,分析了其在3种工作模式(连续作动模式、交替步进模式以及单步作动模式)下的作动机理。对电机的布置形式、夹持机构以及预压力机构进行了设计与研究,利用有限元软件辅助分析了结构的机械强度。制作样机并分别在3种工作模式下进行了一系列实验。实验结果证明了多工作模式的可行性:在连续作动模式下施加电压为100V、频率为100Hz的正弦信号,电机输出速度为446.4μm/s;在交替步进作动模式下施加电压为100V、频率为100Hz的方波-三角波信号,电机输出速度为6 031μm/s;在单步作动模式下,电机作动单步步距小于同等条件下交替步进模式步距,当施加电压为30V、频率为1Hz脉冲信号时,其平均步距约为333.33nm。新型直线电机可以适应多种不同场合的工作需求。     

摩擦驱动型压电叠堆直线电机的工作机理

以一种典型的摩擦驱动型压电叠堆直线电机结构为例,对摩擦驱动型压电叠堆直线电机的振动摩擦驱动机理进行研究.结合电机系统的振动脱离模型,分析了电机定子与动子脱离的力学条件,进而分析电机结构参数和工作参数对椭圆运动和振动脱离性能的影响.对原理样机进行了试验研究,结果表明,压电叠堆的激励电压、激励频率和电机的预压力对电机的振动脱离性能有显著影响.     

一种紧凑型压电叠层直线电机驱动足的优化设计

在使用压电叠层时一般会设计防剪切机构,未设计防剪切机构时需要对驱动足结构进行仿真设计,减小压电叠层所受剪切力。为此,提出在无防剪切机构时电机驱动足的结构优化方法,并对一种紧凑型压电叠层直线压电电机驱动足进行仿真优化。通过优化把横向压电叠层输出端的旋转变形由1.333μm减小至0.061μm,纵向平移变形由1.911μm减小至0.749μm,机构的最大等效应力由253.35MPa减小至189.68MPa,显著改善了压电叠层的工作环境。提出一种并联S形弹簧机构,给出该结构的优化设计方法并进行仿真设计。仿真结果表明:该机构有较大的刚度范围,可以有效降低压电叠层所受剪切力;在相同刚度的情况下,具有弹簧宽度越大最大等效应力越小的特点。     

宏微直线压电电机微驱动机构设计与分析

为了解决宏微驱动直线压电电机微驱动位移较小、对宏动定位误差的补偿能力不足的问题,提出一种宏微驱动钹型直线压电电机。采用钹型复合压电叠堆为驱动单元替换压电陶瓷片组成的压电叠堆,实现轴向位移的一次放大,通过弹性拨齿的柔性铰链结构将钹型压电叠堆输出的微位移二次放大。该电机可在特定的驱动频率、工作电压和相位差下实现振子振动模态下的超声驱动,也可以通过微位移放大机构实现静态变形的微驱动(蠕动)。建立了该直线压电电机的三维有限元模型,利用有限元软件分别对弹性拨齿、钹型压电叠堆和复合振子进行静力学分析和静态优化设计。有限元仿真表明:基于柔性铰链结构的弹性拨齿经过优化后,最小刚度小于钹型压电叠堆的最小刚度;在相同条件下,优化后钹型压电叠堆沿轴向方向的静态变形量比由压电陶瓷片组成的压电叠堆的静态变形量提高了8.45倍;采用基于柔性铰链结构的弹性拨齿和钹型压电叠堆组成的复合振子的拨齿质点沿水平方向的静态位移量比优化前提高了12.1%,大幅提高了微驱动对宏动定位误差的补偿能力,为压电电机微驱动的结构设计及优化提供依据。     

压电陶瓷线性位移步进马达研究

详细介绍了当前国内外线性压电陶瓷马达的研究成果,对已有的这类马达进行了分类,并对它们的优缺点做了分析比较。介绍了当前该领域的研究热点以及新型纳米步进线性压电马达的广泛应用前景。     

双足压电直线作动器结构优化与实验

为提高双足压电直线作动器的有效驱动,增强作动器中二级杠杆微位移结构和柔性铰链的放大能力,对作动器的结构参数进行优化。首先,对二级杠杆微位移机构的放大倍数进行理论计算,基于ANSYS完成作动器定子作动仿真过程;其次,通过仿真分析发现,在作动器定子中综合使用直圆型柔性铰链和直梁型柔性铰链,会使作动器定子放大倍数得到优化,最优铰链参数对应的放大倍数为8.131;最后,制作了该作动器样机并进行了定子驱动足振幅测试,两驱动足的振动相对稳定。实验结果表明,驱动足I,II的位移振幅在60和63μm的上下范围浮动,与实际相符合。与现有的压电直线作动器相比较,该作动器结构简单,易于安装调试,具有大振幅驱动和运行稳定等特点。