圆柱形三自由度超声电机定子的结构动力学优化设计

在已有研究的基础上,利用结构动力学方法,对圆柱形三自由度超声电机的定子进行了优化设计。首先根据该种电机的设计要求和先前的经验,确定了其定子的结构形式。然后应用精度较高的体积单元,建立了定子的结构动力学有限元模型。在灵敏度分析、确定设计变量的基础上,建立起定子的优化设计数学模型。最后,采用约束变尺度优化方法,在M ATLAB环境下编制了计算程序,得到了定子的优化设计方案,并制作了定子。实验表明:定子的工作模态满足预期的设计要求;实验结果与理论设计结果相符。同时,运用优化设计方法大大提高了设计效率。     

新型方尖塔形定子二自由度超声电机的结构设计、驱动机理与性能研究

提出了一种新型二自由度超声电机结构及工作原理。该电机具有一个方尖塔形定子和一个具有凹球面的基座,定子由预压力弹簧压在基座的凹球面上。利用定子局部弯曲振动作为工作模态,使得该型电机易于小型化。有限元仿真观察到了定子驱动端的椭圆运动,作用于球面基座可驱动定子运动。原理样机性能为: x 方向最大速度145mm/s, y 方向最大速度180mm/s, x 方向最大推力4.3N,y方向最大推力5.0N。     

旋转型行波超声电机定子的子结构模型研究

按照旋转型行波超声电机定子的结构特点将其划分为几个较简单的子结构,分别对其进行了动态特性分析,最后在子结构模态综合法的基础上建立了整个定子的分析模型。该模型可以很方便地计算电机定子的各阶模态,并且由于运用Guyan静力法将定子齿单元的刚度和质量凝聚到基体之上,不仅恰当地描述了齿对定子动态特性的影响,而且达到了缩减计算量的目的。通过算例和实验说明此理论模型是可行的,可用于电机系统性能预测和参数优化设计。     

U型变截面薄板面内复合模态驱动的直线超声电机

提出一种U型变截面薄板结构驱动的压电直线超声电机,选定U板两纵杆的一阶反对称纵振和二阶对称弯振为工作模态。阐释了电机驱动机理,推导了定子驱动端椭圆运动轨迹;基于纵、弯工作模态频率一致性模型,优化了电机结构尺寸;通过谐响应分析及激光测振试验,证实了定子工作模态的存在及其纯正性;设计出电机装配结构,制作出其原型样机;构建电机驱动控制平台,驱动电机运转,验证电机原理的可行性。通过速度特性试验发现:当驱动频率为78.11 kHz且电压幅值为240 V时,电机最大运动速度可达125.6 mm/s。     

用于超声电机的压电陶瓷的探讨

在测试了国外超声电机用压电陶瓷晶片的性能以后,提出超声电机用压电晶片必须具备五高一低的特性,并制备出适用的压电晶片,经过多种振动模式超声电机的实际试用达到良好的效果。并进一步讨论了超声电机用陶瓷晶片深入研究的方向。     

电刷式纵扭型超声电机结构设计中的关键技术

详细阐述了在电刷式纵扭型超声电机设计中所遇到的三个关键技术：电机结构型式的选择、纵、扭模态频率一致性和压电陶瓷的安装位置的合理性。分别论证了这些技术的关键所在以及作者提出解决的办法。据此，设计和制造了一台纵扭型超声电机原型机，并获得了较为满意的整机性能。     

超声电机用压电材料的研究进展

压电材料是超声电机的核心,压电材料性能的优劣在很大程度上影响和制约着超声电机的发展.从几个方面对超声电机用压电材料的应用及研究进展进行了评述和探讨.在总结超声电机对压电陶瓷性能的要求以及目前压电陶瓷的使用现状之后,从配方、工艺、质量3方面提出了可能的改进方法,针对超声电机在特殊环境下的服役条件,介绍了弛豫铁电体单晶和高居里温度压电陶瓷等新型压电材料在超声电机上应用的新进展,提出了未来超声电机对压电材料的要求.     

杆式行波超声电机运动机理的研究

本介绍了作发展的一种杆式行波超声电机的结构。基于振动和波动理论，深人研究了杆式行波超声电机的运行机理，推导了定子端面上任意质点运动轨迹，证明了在一定的激励条件下，定子端面沿Z向、径向和周向都可形成行波。描述了定子端面某些点的运动轨迹的空间分布。还提出了定、转子问最佳接触角和有效椭圆的概念。这些都为设计高效率的杆式超声电机提供了理论依据。     

超声电机振子振型激励技术研究进展

超声电机是靠压电陶瓷的逆压电效应激发振子的共振,利用振子、动子之间的摩擦耦合来推动动子运动的。根据合成振子和动子接触面质点的周期运动所需的模态数目, 超声电机振型激励技术可以分为单一振动模态类、两同频振动模态叠加类和多个振动模态叠加类,文中介绍了各类中具有代表性的超声电机的振型激励原理和特点,最后对超声电机振子振型激励技术的发展方向进行了展望。     

超声电机定子的有限元分析及其模态混叠现象

通过有限元模态分析和基于逆压电效应的激振响应分析,发现了超声电机定子的模态混叠现象,以及模态混叠现象在激振响应中的表现形式,指出要避免模态混叠的发生,超声电机的结构尺寸必须进行合理的设计,其工作频段也必须合理选择.     

新型超声波电机的研制及对比实验研究

从不同的振动模态出发,分别设计制作行波型旋转超声波电机和多振动片式驻波型超声波电机的样机,并分别对样机的性能进行测试,分析了不同类型电机的谐振频率、输入电压和预压力对其性能的影响．对这两种电机的效率、转矩进行了比较,得出了它们的优缺点。     

纵弯复合多自由度球形超声电机的研究

摘 要：目前国内外对多自由度超声电机的研究和应用尚属探索阶段,出现了多种结构的多自由度超声电机。本文提出了一种新型单振子纵弯夹心换能器式超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度振动轨迹,驱动球形转子作多自由度运动;对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并;建立了驱动足的运动轨迹方程,并仿真分析了典型驱动方式下驱动足的振动轨迹;试验测试了样机转子绕X、Y、Z轴转动的速度与电压之间的关系和转矩与速度之间的关系,计算了相应情况下电机的最大效率;电机旋转方向与分析结果一致。
     

基于HHT的超声电机噪声源分析

对超声电机的噪声信号做希尔伯特一黄变换(HHT)，发现噪声中从始至终都含有10kHz左右的成分。在分析了电机运动机理后，以转子为对象建立碰撞摩擦模型，从系统的加速度响应中，同样分解出10kHz左右的成分。说明系统运动非线性产生的分数次谐波，是诱发噪声的直接原因。对定子作有限元分析，得到定子的一阶模态频率为10．74kHz，与噪声频率非常接近，表明分数次谐波激发了定子共振，为噪声输出提供了能量源。为了降低噪声，可以考虑降低定子、转子的碰撞强度或改进定子、转子的结构。     

超声电机定子热机电耦合特性

应用于极端环境的超声电机会受到温度场、应力场和电场的共同作用,定子在热机电耦合激励下的响应与电机工作特性密切相关.以行波型旋转超声电机为对象建立定子的能量泛函,采用假设模态的方法得到了热机电耦合动力学模型.运用有限元方法对热机电耦合作用下的定子进行仿真,分析了与理论计算结果的差异.建立了定子热扫频试验平台和热变形试验平台,测定温度对定子稳态形变、模态频率和振幅的影响,对理论模型的分析方法进行了评价.理论分析和试验结果揭示了超声电机定子在热机电耦合作用下的振动行为的变化规律,为下一步极端环境超声电机的设计和优化提供了依据.     

圆盘型非接触超声波马达定子的振动模拟与测试

介绍一种圆盘型非接触超声波马达的结构。利用有限元法计算了超声波马达定子在不同振动模态下的固有频率,并用激光测振仪对定子进行了测试,结果两者吻合较好。由于振幅和非接触马达的声辐射压力密切相关,因此通过谐响应分析计算了定子的振幅与定子驱动电压的关系,从而为马达的实验研究提供了理论依据。在最优模态B21下进行转子转速测试,测得最高转速为1600rpm。     

行波型杆式超声电机定子的参数化有限元法优化设计

摘要：利用参数化有限元优化方法,对行波型杆式超声电机定子进行优化设计。首先,在确定电机定子初始结构的基础上,建立其参数化有限元模型。其次,对定子有限元模型进行模态分析,求解工作模态频率对各结构参数的灵敏度,选取灵敏度高的结构参数为设计变量,并以反映电机输出性能的重要参数作为目标函数。同时,设计了定子结构的优化方案,采用了零阶优化方法,对其结构进行优化设计。最后,根据优化结果,制作了定子样机。试验表明：定子工作模态和端面质点的振幅都满足了预期的设计要求,试验结果与优化设计结果相符。研究表明,利用该优化设计方法能有效地缩短超声电机设计周期。     

金属方柱压电片复合微型超声电机的研制

研制了一款金属方柱压电片复合微型超声电机。相对于圆柱型电机,这种形式的电机的电场极化更充分,以及信号线的焊接更易实现。定子帽的材料用钢或铜。文中计算了整个电机定子换能器的模态和谐响应,理论上分析了不同方向转动惯量一致,可以形成椭圆运动的原理。实验测试了电机的共振频率、转速、转矩等。结果表明这款电机的自由共振频率约100kHz,无载转速可达到6000r/min以上,最大转矩可达60!Nm以上,理论和实验基本一致。该电机具有很好的实用化前景。