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。     

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。     

基于MEMS与压电陶瓷钎焊的微型超声电机

面向超声电机定子的一体化与微型化需求,提出了一种基于钎焊与微电子机械系统(MEMS)工艺的微型超声电机定子。对超声电机的原理和结构进行分析,利用有限元法对定子的模态与谐响应进行了仿真。利用钎焊工艺将锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷与金属弹性体进行连接,通过MEMS与机械加工工艺对定子的驱动足、上电极等进行制备。对超声电机定子焊接情况进行表征,对超声电机的振动性能与驱动性能进行测试。测试了PZT压电陶瓷与金属弹性体的结合强度,两者之间的抗剪切强度为33.46 MPa,观察了焊接截面形貌,可看出各焊接层厚度均匀,无裂缝、孔隙。搭建实验平台对定子的振动性能与驱动性能进行了测试,微型超声电机的定子的谐振频率为188.15与266.16 kHz,最大振幅为228 nm,在激励电压为30 V、预压力为350 mN时,微型超声电机的最大速度为38.22 mm/s。实验结果表明,该超声电机定子钎焊情况良好,驱动性能较高,具有广阔的应用前景。     

环形行波压电马达振动模式仿真与测试

采用Matlab6．0工程分析软件数值解析获得φ45mm环形行波压电马达的振动模式，并用POLY-TEC-300扫描激光多谱勒技术测试了试样表面的微观振动，获得了有关样品在不同振动模式下定子表面的振动位移以及振动模态信息，为深入研究压电电机的工作机理及优化样品的结构提供了重要的实验依据。     

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。     

复合棒型超声马达固有频率的设计

本文给出了一种分析复合棒型超声马达固有频率的简便方法，并可在此基础上分析定子纵振动和扭转振动的位移分布。与有限元法和机电等效电路图法相比，此方法物理概念清晰，便于工程应用。为进一步研究超声马达提供了一个理论工具。     

圆板型行波超声波马达的建模与仿真

简述了行波超声马达的基本原理，比较了定子复合圆板分析中有限元和经典振动理论两种方法的优缺点。并利用有限元方法分析了定子板在自由状态下的固有频率及固有振型，给出了分析结果。在此基础上，利用所得数据，对圆板行波超声马达工作原理及工作过程进行了计算机仿真     

杆式行波超声电机紧固力的实验研究

以提高一种杆式行波型超声电机性能为目标，对电机定子的结构进行了介绍，强调了定子的紧固力对压电陶瓷及电机本身性能的重要性。介绍一种电机定子紧固力的间接加载方法和PSV-300F-B型高频扫描激光测振系统工作原理及其使用方法。通过实验，得出电机定子的紧固力与定子的一阶弯曲共振频率、工作端面的最大振幅及其振动速度的关系。经过权衡多方面因素，确定本电机的最佳紧固力约为3900N，此时压电陶瓷片承受的压应力为21．3MPa。     

超声减摩用压电换能器阻抗匹配的试验研究

对超声减摩特性已进行了一些研究，实验结果表明，当超声振动的振幅越大超声振动的减摩性越好。因此，要使减摩效果达到最好，应使压电振子在谐振点附近工作，使其振幅达到最大。该文讨论了压电换能器的各种匹配电路及其匹配关系并进行了相关实验；结果表明，选择合适的匹配方法，能有效提高压电换能器的性能．     

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。     

一种新型直动式压电直线电机的设计

为研制高精度、大行程、宽频响的压电直线电机,提出了一种基于叠层型压电陶瓷的直动式压电直线电机.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,定子驱动足纵向振幅保持不变,且最大幅值为900 nm,电机最大无负载速度为4.8 mm/s,最大输出推力为4.5 N.     

大直径超声压电驱动器定子支撑的研究

定子支撑对大直径超声压电驱动器的振动模态产生影响,从而对驱动器的输出特性和运行特性产生影响。结合有限元和理论分析对定子的幅频特性进行分析,进一步得出输出转速和转矩与支撑尺寸的变化曲线,从而定量分析支撑尺寸的改变对驱动器输出特性的影响。结果表明,定子支撑尺寸的改变对转速和转矩产生了影响,但转速和转矩的变化范围在6%内,故在设计大直径超声压电驱动器定子时,可通过改变支撑尺寸确定驱动器最优工作模态,而不会对驱动器输出转速和转矩产生较大影响。     

Vibrational fan using the piezoelectric polymer PVF2

Cantilever multimorph structures using the piezoelectric polymer PVF2exhibit large amplitude vibrational motion when driven with an ac voltage. The possibility seems attractive of using such simple solid-state structures for low-power, compact, and maintenance-less fans for ventilation or cooling applications, for example, in electronic equipment.     

一种新型旋转超声电机驱动控制试验系统

介绍了一种新型旋转超声电机即压电定子和压电转子振型嵌合式旋转超声电机驱动控制试验系统。系统以LabVIEW作为开发平台,通过DAQ板卡和外围电路的设计进行输入输出采集与控制。该系统能输出幅值、频率、相位可调节信号,通过光电编码器检测超声电机转子位置反馈给系统用以保证电机下次启动时保持定转子振型嵌合位置关系。试验结果表明,该试验系统完全满足此新型旋转型超声电机驱动控制试验要求。     

行波型方孔定子超声电机结构设计与性能分析

该文提出了一种新型的方孔定子行波超声电机,并进行了参数设计、仿真分析和实验研究。定子由1个方孔金属体和4块压电陶瓷片组成,通过与直径大于定子内边长的转子配合发生弹性变形,从而对转子产生预压力,便于驱动。利用有限元软件对定子进行模态分析,选择第三阶模态作为工作模态,得到定子最大振幅与激励频率、电压、壁厚、边长及圆角半径的关系,并研究了频率、电压及预压力对转子输出特性的影响。制作了实体样机并测试了其输出特性,测试表明,当电压为100 V、激励频率为31.5 kHz时,其空载转速为215 r/min,堵转力矩达到1.58 mN·m。     

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.     

Systematic Modeling for Free Stators of Rotary Piezoelectric Ultrasonic Motors

This paper presents an equivalent circuit model with complex numbers that describes the free stator model of traveling-wave ultrasonic motors. The mechanical, dielectric, and piezoelectric losses associated with the vibrator are considered by introducing the imaginary part to the equivalent circuit elements. The determination of the complex circuit elements is performed by using a new, simple iterative method. The presented method uses information about five points of the stator admittance measurements. The accuracy of the model in fitting to the experimental data is verified by using the measurements of a recently developed piezoelectric motor and a well-known USR60     

Analysis,measurement and control of a new disc-type ultrasonic motor system

This paper first presents an equivalent circuit model of a new disc-type ultrasonic motor and discusses its applications in evaluation of the stator’s frequency characteristics. The equivalent circuit analysis is based on the principle of ultrasonic motor operations and is conducted from the viewpoint of the mechanic vibration of the piezoelectric ceramic disk. Furthermore, because drift of the piezostator characteristics will cause variation of the motor speed, a controller is thus necessary in order to produce a constant output speed. In this research, the speed control scheme is implemented by using current modulation, so the revolutional speed will be kept constant. Meanwhile, the frequency behaviour of the proposed motor and its consequences on speed control scheme are discussed. Finally, a 3-D mechanical element with an extra electrical degree of freedom is employed to simulate the dynamic vibration modes of the linear piezoelectric, mechanical and piezoelectro-mechanic behaviours of a metal disc structure embedded with a piezoelectric actuator. In piezoelectric finite element formulation, a discretized equation of motion is developed and solved by using the integration scheme to explain why an adaptive boundary condition, a simple support condition with three non-equal-triangular (120°–90°–150°) fixed points near the edge for the mechanical design of a new disc-type piezoelectric ultrasonic stator, is defined so that a lateral elliptical motion of the contact point between stator and rotor can be realized for driving the rotor.