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。     

面向21世纪的超声电机技术

叙述了新型微特电机--超声电机的特点，回顾了20世纪末期超声电机的发展和应用情况，介绍了南京航空航天大学超声电机研究中心在超声电机研究方面的进展，预测了21世纪国内外市场对超声电机技术的需求，列举了超声电机技术在我国国防和国民经济各部门的应用前景，指出了超声电机技术的发展趋势，针对我国超声电机技术开发和研究的现状，提出了为发展我国超声电机技术亟需解决的若干关键问题。     

贴片式复合模态型直线超声电机的仿真与试验评价

为了实现结构紧凑、低电压驱动、大推力输出以及高精密定位等性能目标,该研究提出了一种贴片式复合模态型直线超声电机。该电机的定子结构采用贴片式压电陶瓷作为激励单元,通过同时激发定子的B₁₂和B₂两种弯曲振动模态,实现了两个驱动足处的交替椭圆轨迹运动,借此利用摩擦力驱动动子进行直线运动。首先,应用有限元仿真软件COMSOL对定子的模态和频率响应进行了仿真分析。仿真结果表明,定子上两驱动足处能够实现预期的椭圆运动轨迹。随后,加工了电机的定子并进行了导纳测试,验证了有限元仿真的正确性。最后,制作了超声电机的原理样机,并通过一系列试验评估了其输出性能。试验结果表明：在100 Vpp电压和66.58 kHz频率条件下,电机的最大空载速度和最大推力分别达到了82.9 mm/s和0.52 N;在1.2 N的预压力作用下,电机的启动电压死区为12 Vpp;在周期为20的正弦波电压信号下,电机实现了2.1μm的步进位移。该研究为贴片式复合模态型直线超声电机的设计和应用提供了重要的理论与试验依据。     

双足型直线超声电机的结构及实验

研制了一种新型直线超声电机，首先对其驱动机理进行探讨，设计电机的具体结构，其次对定子进行频率响应实验，模态实验，实验显示电机可有效激励出所需振型，正反向运动灵活，电机的工作频率42550Hz；最大无负载速度可达76mm／s，最大输出推力2N。     

纵振换能器式圆筒型超声电机振动特性的研究

以纵振夹心换能器式圆筒型超声电机为研究对象,对换能器的振动状态进行了分析,给出了换能器弯曲振动的产生原因;研究了耦生弯振对电机机电耦合系数以及圆筒中弯振行波质量所带来的影响,耦生弯振的存在使得定子模态特征频率偏离换能器谐振频率,并使得定子圆筒中的弯振行波产生了畸变。最后,提出一种采用换能器弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方式。     

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。     

H-结构薄板纵弯复合模态驱动的压电直线电机

为高性能压电直线电机设计奠定基础,推出基于H型振子的直线电机并利用该振子两纵向杆面内一阶纵振与二阶弯振驱动电机。研究电机的驱动机理并从理论上阐释振子纵杆驱动端质点的椭圆运动形成过程;建立振子有限元模型并对其工作模态、灵敏度、谐响应进行分析;优化振子结构尺寸,完成电机装配结构设计并制作出振子、电机实物;对振子进行模态试验,结果显示该振子不仅具有预设的工作模态,且在正常激励条件下,驱动端纵、弯振幅值分别可达1.2 μm,1.4 μm。研究表明,该电机有望产生较大速度与动力。     

旋转型行波超声电机理论模型的仿真研究

建立了旋转型行波超声电机定、转子间的摩擦驱动模型，不仅考虑了接触界面上的纵向分布力，而且分析接触力沿周向和径向上的分量，在此基础上结合定子和转子的动力学模型得到了整个电机的机电耦合模型。文章分析了预压力影响电机驱动频率的本质原因，说明该频率不能直接通过分析自由定子得到，最后通过数值计算分析了接触界面力对电机工作频率的影响，取得了与实验一致的结果。     

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.     

复合式罩极电机扭转振动检测与分析

设计了一种复合式罩极电机,为双定子双转子结构,电机运行时定子绕组施加励磁,产生的旋转磁场带动转子旋转。分析了电机气隙磁场的特性,推导了电磁转矩公式,表明电机运行时存在扭转振动。研制了复合式罩极电机样机,利用传感器对电机在不同励磁状态下的转矩输出进行了检测,表明电机运行时存在扭转振动,且扭振幅值随两相励磁电压的相位差而变化,最后对变化规律进行了理论分析,结果表明:扭转振动波的相位差为两相励磁电压相位差的2倍。     

聚苯酯基复合材料在超声电机中的磨损性能

作为行波超声电机的接触层摩擦材料,聚苯酯基复合材料的磨损性能对电机的驱动特性和寿命均会产生重要的影响。将聚苯酯基复合材料粘贴在40型圆盘形行波超声电机定子齿面,在不同的电机驱动方式和摩擦组合下测试接触层磨损性能,并使用扫描电镜观察磨损表面形貌。结果表明,超声驱动下,电机接触层以疲劳磨损为主要磨损机制。并且当电机采用聚苯酯基复合材料和铜转子的摩擦组合时,其性能磨损较好。接触界面应力模拟分析表明,行波超声电机接触界面在短时间内即可完成108周次以上的疲劳载荷作用,因此接触层主要磨损机制为超声疲劳。     

国外压电陶瓷声马达的发展近况

压电陶瓷声马达是一种利用压电陶瓷基片基片或薄膜,电致伸缩材料等功能部件实现驱动的新型驱动器,它不同于传统的电磁马达和静电马达,国外已经在精密仪器,航天航空,自动控制,办公自动化,微型机械系统,微装配,精密定位等领域得到了实际应用,总结了国际上压电陶瓷声马达的最新研究内容及成果,并提出了进一步开发研究的几点建议,这对我国压电声马达的研究以及相应产品的开发将起到积极的促进使用。     

单相串励电动机扭转振动检测与特性分析

阐述了单相串励电动机的工作原理,建立了对应的数学模型,推导了电磁转矩表达式。对单相串激电动机在多种工况运行下的扭转振动进行了检测,得到了电动机的负载-扭转振动特性,以及电压-扭转振动特性。对相关特性的产生机理进行了分析,根据单相串励电动机的转矩表达式和转矩平衡方程得到了相应的结论,为单相串励电动机扭转振动的抑制提供了技术支撑。     

Measurement Techniques of Torsional Vibration in Rotating Shafts

The measurement of torsional vibration is a common practice in certain fields, such as the automotive industry, power generation, or large alternative engines. Similarly, functional analysis and diagnostic of other equipment, which are not traditionally measured, can benefit greatly from this type of measurement. This review discusses some techniques used in industry to measure torsional vibration, briefly describing the types of sensors used and the transduction procedures. Choosing the most appropriate technique in each case not only responds to economic reasons, but also to other conditions of the given equipment, such as its design, coupled machines or devices, functional status and operating environment, and the possibilities to install the instrumentation.     

用S矩阵法优化设计功率换能器系统

本文从一个较新的角度，即Ｓ矩阵分析法，分析了功率超声换能器系统，并引入了最优化算法进行设计，避免了传统设计中近似建模的不精确性及硬件实现过程中人工调试的繁琐，实验结果与理论分析吻合，以此为依据设计的超声手术刀用于多种外科手术，性能良好。