压电陶瓷片在杆式超声电机中最佳位置的研究

以杆式超声电机为研究对象，通过理论分析、计算机模拟和实验研究等，得出了压电陶瓷片在杆式超声电机振子中的安放位置，即压电陶瓷片应安放在压电振子应变最大处。该结论为优化设计杆式超声电机提供了一个重要理论依据。     

一类行波型直线超声电机定子的优化设计

针对一类环形行波型直线超声电机定子的动态设计提出一种间接优化方法。数值研究表明，该优化方法能保证定子存在按设计所需的正交的弯曲振动模态。对自行研制的直线超声电机定子，进行了激光测振，实验结果表明定子的弯曲振动固有频率差的设计计算值与相应的共振频率差的测试值吻合。     

环形直线行波超声电机定子的模态分析

针对一类环形封闭式的行波型直线超声电机定子的振动模态进行了有限元与实验研究。该类电机的定子由两个半圆环和两段直梁构成。分析了有限元的单元尺度对固有频率及频率差的影响以及压电陶瓷片的粘贴位置对固有频率及弯曲振型的影响。对自行研制的超声电机进行了实验研究。实验结果表明，固有频率差的数值计算值与相应的共振频率之差吻合。     

行波型杆式超声电机定子模态干扰的研究

行波型杆式超声电机定子模态干扰会造成电机工作效率低下,不稳定,难以控制等问题。首先利用有限元法和Hamilton理论,建立行波型杆式超声电机定子的动力学有限元模型;其次进行模态分析,求解各模态频率对定子结构参数的灵敏度,以此为依据进行结构参数调整,实现定子工作模态与干扰模态分离;最后制作了定子样机。其模态试验结果表明达到了模态分离的目的:定子工作模态频率至少在2 kHz范围内不存在其他干扰模态,从而验证了该方法的有效性。     

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。     

行波超声电机移动系统的动态研究

在仿真的基础上优化设计行波超声电机驱动系统，满足控制系统对高频驱动信号的变频、变压、变相位差的要求，利用驱动逆变电路的拓扑结构实现柔性控制以解决超声电机的驱动问题如电机结构的不平衡、两相逆变驱动电路的不平衡所造成的行波质量问题，在系统行波形成层面上控制振动参量，使驱动系统在一定范围内满足电机动态控制的要求。     

旋转行波超声电机最优预压力的研究

为提升旋转行波超声电机输出性能,研究其在不同负载下的最优预压力,针对TRUM-70H超声电机进行了理论计算和实验验证。建立超声电机动力学模型,分析了预压力对超声电机机械特性的影响;以TRUM-70H超声电机为对象,分析其最优预压力与负载力矩间的关系;搭建超声电机多功能测试平台,验证理论推导结果,并指出误差存在的原因;根据研究结论,提出超声电机装配时应根据负载选用预压力。结果表明,预压力和负载力矩对超声电机转速的影响存在耦合关系;在超声电机有效工作范围内,最优预压力值与负载力矩近似呈线性正相关;装配时根据实际负载需求设定超声电机预压力,可提高其输出效率。     

行波型超声电机速度控制技术的研究

当超声电机的驱动器处于开环工作时，超声电机的转速与驱动频率之间的关系表现为时变的非线性；同时其正向和反向的速度特性也常不一致，这给超声电机的应用造成了很大的障碍。该文首先推导出行波型超声电机定子上的孤极传感器反馈电压与其转速之间的关系。据此，作者设计和制造了速度控制器。其次，针对行波型超声电机的正向和反向速度特性不一致的情况，提出一种正、反向速度平衡补偿算法，并用硬件实现了平衡补偿控制器。实验结果表明：在驱动器中添加这个速度控制器和平衡补偿控制器后，不仅使行波型超声电机的速度特性对指令电压具有非时变的线性关系，而且使它的正、反向速度特性具有良好的一致性。这一研究成果为行波型超声电机在我国的实际应用扫除了技术障碍，也为其他类型超声电机速度控制技术的研究提供了有效的途径。     

超声行波马达悬浮振子的研究

为了提高超声行波电机的输出功率,该文提出了一种悬浮式振子结构。该结构利用弹簧隔离振子与固定端,利用质量块为定子提供输出力。该振子由压电堆激励,可以产生较大振幅。压电堆工作在d_(33)模式,与经典行波电机中工作在d_(31)模式的压电片相比,其机电耦合系数更大,同时增加了压电材料的体积,提高了电机的输出功率。通过有限元仿真实验验证了理论的正确性,同时研究了在4个尺寸为1.68 mm×1.68 mm×5.0 mm的锆钛酸铅(PZT)压电堆激励下的最优参数。实验结果表明,在峰-峰值为20 V的激励电压下,定子最大自由振动幅值为3.57μm,约为非悬浮状态下的3倍。样机马达最大空载转速为74 r/min,堵转扭矩为0.037 5 N·m。在不增大体积的条件下使用更多的压电堆激励,其输出功率可以成倍提高。     

行波型超声波电机等效电路建模

该文在深入分析超声电机运行机理的基础上,从定子、接触区域和转子3方面建立了超声电机等效电路模型。综合现有超声电机等效电路模型的优缺点,考虑摩擦耦合对超声电机的影响,并结合转子振动方程,提出了摩擦层与转子的等效电路模型;对转子侧等效模型进行优化,使其与定子模型结合成完整的电机模型。基于所建立的模型理论,对等效电路进行仿真,仿真结果表明了转子对整个电机电气特征的影响。通过对实际超声电机的测试及其与仿真波形的对比,验证了所提出的行波型超声波电机等效电路模型的正确性,为进一步开展超声电机驱动器和控制器的设计提供了模型基础。     

基于阶跃响应的环形行波式超声马达特性测量

从超声马达转子的运动方程入手，在假定转子受定常阻尼的条件下，求解出阶跃响应，并由此推导出超声马达的输出特性。利用阶跃响应和传统的悬挂砝码的方法分别测量了环形行波式超声马达的负载特性，实验结果表明，两种方法之间的测量误差优于１０％。     

行波超声马达摩擦材料的研究

行波超声马达是一种靠摩擦力直接驱动的新型驱动器。其中摩擦材料的优劣对于行波超声马达的工作性能和使用寿命有直接的影响。该文提出了一种以超高分子量聚乙烯为基体的摩擦材料，并掺入多种无机徽粒和高分子化合物改善其性能，对制得的摩擦材料样品进行了摩擦学分析和应用于马达的对比实验，从理论和实验的角度提出了行波超声马达用摩擦材料对各摩擦学参数的要求。     

超声电机定子的驱动方式及其振动响应特性

通过对行波型超声电机定子电学特性的描述,分析了其电学特点以及对功率驱动的要求,探讨了其在不同工作频带和驱动方式下所具有的特点。在实验研究中,设计了相关实验方案,研究了定子在不同驱动方式下所具有的振动响应、电学性能以及相对的振动效果。最后,根据理论分析和研究结果,提出了超声电机驱动方式选择的最优原则。     

超声波电机及其应用

超声波电机（简称ＵＳＭ）自８０年代出现以来，就以其新颖的原理和固有的特点而倍受人们的关注。它有可能在一定的领域内取代小型电磁电机。传统的电机是靠电磁力旋转的，而ＵＳＭ则应用压电元件产生的振 动作为电机驱动的能量源。本文首先简单回顾了ＵＳＭ的发展史，接着介绍了行波型ＵＳＭ的工作原理和性能特点，并对ＵＳＭ已取得的应用作了简要介绍。在此基础上，展望了ＵＳＭ的应用前景和进一步发展所面临的问题。     

旋转行波型超声波电机的建模

为了加快研制一款直径为45mm的平面旋转行波型超声波电机的驱动专用集成电路(ASIC),有必要得到其电机模型。本文根据实测的电机外特性数据,基于PSIM仿真建模,通过微调模型参数再现已测知参数范围。结果是仿真所得电机两参数模型Rm为(1.2±0.1)k,Cd为(5±0.5)nF,这为推动进一步的研究做出模型数据支持。