直线超声电机特性测试系统的设计及试验

针对现有直线超声电机特性测试系统存在的测试精度低、功能单一和自动化程度低的问题,笔者设计了一种直线超声电机特性测试系统,主要由电机驱动模块、数据采集模块和测试控制及数据处理模块3部分组成。电机驱动模块以STM32F429微控制器为核心,可方便实现对驱动信号的电压、相位以及频率等参数调节;数据采集模块主要由位移传感器、拉压力传感器和高速数据采集卡组成;测试控制数据处理模块主要由PC机实现。利用该系统对一种蝶形直线超声电机的机械特性和瞬态特性进行了测试,结果表明:该系统可很好地实现对直线超声电机的特性测试,而且操作简便,易于扩展。     

行波超声电机的运转特性及其电学建模研究

首先建立了压电层合梁的压电振动方程,并引入六端等效电路对振动进行描述。再根据电机定子与压电梁的结构对应关系,推导出定子的导纳频响方程,并给出理想定子的等效电路;针对定子在其工作频区的导纳特性,构建出定子的二端等效电路;在对耗损、预压力、负载、温度等因素建模基础上,构建出电机完整的等效电学模型。最后,通过电机扫频试验验证了所建立模型的有效性。     

起动电机模态特性试验分析

针对汽车厂提出的起动电机在发动机整机振动激励下不能出现共振的要求,分别利用振动台正弦激振和力锤冲击激振,对该型起动电机进行了振动模态特性试验分析,求得起动电机在安装状态下最低固有频率为528.31Hz,满足固有频率高于整机振动激励频率2.5倍的要求。起动电机在实车状态下的振动测试表明,在该发动机转速范围内,发动机的整机振动不会激起起动电机的共振。配置了上述发动机和起动电机的轿车,已大批量上市约两年,起动电机至今也未发生因异常振动导致的故障。     

超声电机在真空环境下的负载特性试验研究

为了研究超声电机在真空环境下的驱动行为，设计了一套测试装置。通过该装置实现了对超声电机负载力矩的施加以及在真空环境下对超声电机转速、转矩的测量。试验结果表明，超声电机可以在真空环境下工作，但性能较常态环境下有所变化，其空载转速明显下降，堵转力矩有所增大。     

卧式板型直线超声电机的微型化

基于L1B4板型直线超声电机,研制了一种外型尺寸为36mm×5mm×4mm的卧式板型微型直线超声电机。论述了电机的工作原理和运行机理,使用解析法和有限元法进行了微型化结构设计,分析了定子的振动模态,并实现了频率简并。通过模拟压电激励的动态频率响应,对比了样机的5片压电陶瓷布置方案和常用的两片压电陶瓷布置方案的共振位移响应曲线,证实了采用5片压电陶瓷布置方案增大了输出端点处产生的振动位移。样机特性测试实验表明,当激励信号电压为150Vpp,频率为62kHz时,电机最大速度为183.7mm/s,输出推力为50mN。预期该电机可以用于电机安置空间比较狭窄且需要一定动力的直线驱动场合。     

圆柱-球体多自由度超声电机设计的若干问题

首先介绍了圆柱 球体多自由度超声电机及其工作原理。在此基础上 ,从实现该种电机的运动和提高其输出性能的角度出发 ,提出了电机的设计要求。分析了振动模态、工作频率、工作振幅、压电元件的位置、安装支座的位置、定转子间的预压力、干扰模态对该种电机性能的影响 ,进而阐明了满足电机设计要求所采取的技术途径。     

世界超声电机技术的新进展

叙述了世界超声电机技术的现状以及最近几年来的发展特点。介绍了笔者2003年2月～9月在美国访问期间,亲眼目睹美国一些大学和公司在超声电机技术及其应用方面的惊人进展。强调了世界超声电机技术的发展给予的有益启示和鞭策。     

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。     

纵弯复合型直线超声电机振动模态有限元分析

介绍了纵弯复合型直线超声电机的结构和工作原理，运用Ansys7．0有限元分析软件建立了该直线超声电机的有限元计算模型，对于纵向、弯曲振动模态的简并进行了分析，归纳了电机结构参数对驱动振子谐振频率的影响以及实现纵向和弯曲两种振动模态简并的一般规律。有限元计算结果与原型样机实验测试结果的比较表明，在自由边界条件下，有限元分析结果与实测结果完全一致。研究结果为利用有限元方法进行纵弯复合型直线超声电机设计提供了依据。     

纵扭型压电超声电机的研究进展

概述了国内外纵扭型压电超声电机的各种型式和最新研究成果，介绍了纵扭型超声电机的优点及用途，分析了电机在研制过程中的技术难点，指出了纵扭型超声电机今后的研究方向，最后总结出纵扭型超声电机是大力矩超声电机很重要的一个发展方向。     

直线型超声电机的发展及应用

概述了直线型超声电机的运动机理，综述了国内外直线型超声电机的发展及其研究现状，列举了一些典型例子，总结了直线型超声电机的应用领域。针对现在直线型超声电机在理论、实验、材料等方面存在的问题，指出了在其研究开发中需要解决的关键技术。     

纵-扭复合型压电超声电机的优化设计

研究了纵 -扭复合型压电超声电机的几个关键问题 ,包括电机的工作原理 ,压电陶瓷的极化方式及其安放位置 ,电机定子的结构形式的选择及定子的结构动力学设计问题 ,最后设计并装配了一台直径 2 0 mm的电机 ,堵转扭矩达 2 .5kg· cm,无负载转速 35r/min,并指出装配中应注意的问题。实验表明 ,要求的频率和振型达到了设计要求。     

直线型行波超声马达的研究

从理论上证明了用于直线型行波超声马达的波形成的可行性。并用制作的两个超声压电换能器、自由－自由梁和滑块组成了一台直线型行波原型超声马达。试验表明：这台直线型原型超声马达能作直线往复运动。     

基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

针对直线超声电机机械特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统,为测试的直线电机提供加载,配置的压力传感器与直线型光电编码器分别用于电机输出力与速度的测量,利用虚拟仪器技术搭建了测试硬件平台。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计,以实现各自的功能。利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械特性进行了测试,测试结果证实该测试系统的可行性,为直线超声电机机械特性测试提供了所必需的条件。     

超声电机在国外的发展

简要回顾了超声电机的发展，并简述其工作原理和结构形式，对其各种控制策略做了简要的比较。分析国外超声电机的关键问题及研究现状，探讨其在各领域中的应用前景及发展趋势。     

超声马达定子磨损行为研究

利用自制的超声马达摩擦特性模拟试验台 ,研究了接触预压力和负载力矩对超声马达定子磨损状态的影响 ,提出用绝对转差率 Sf描述定子和转子相对滑动速度变化率。借助于光学显微镜对定子磨损机理进行了分析。结果表明 ,马达定子磨损特征的变化与接触预压力和负载力矩有关 ,可以用 Sf表征。当 Sf<0 .3 4时 ,定子齿面主要表现为表面抛光磨损特征 ;当 Sf>0 .52时 ,定子齿面出现较严重的犁沟磨损特征。     

直线超声电机的研究进展

文中概述了直线超声电机特点、类型、驱动原理及其在国内外的发展研究现状，展望了直线超声电机的应用前景。     

超声电机伺服控制的研究评述

为改善超声电机性能,实现超声电机快速、准确、稳定的控制,对于超声电机的现有的伺服控制策略和方法进行评述和比较,并且根据超声电机运动机理不同于传统的电磁电机,具有复杂的动力学现象及时变、强非线性等特点,提出了基于参考模型的模糊神经网络控制方法、遗传算法或其他的组合控制方法将是适用于超声电机的控制策略。     

超声研磨声学系统振动特性与试验研究

分析了超声振动研磨声学系统研具的固有频率和振型,建立了力学模型及其位移方程,探讨了研具的共振机理,根据理论和试验得出结论当研具以自身的固有频率共振时,系统处于全谐振状态。     

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。