行波超声电动机定子性能的有限元仿真

利用ANSYS软件 ,基于旋转型行波超声电动机 ,建立了圆盘形定子 (包括压电体和弹性体 )有限元模型 ,考虑压电效应 ,探讨了不同压电陶瓷对超声电动机定子性能的影响 ,给出了定子振动模态、谐振频率、定子表面质点运动轨迹与压电陶瓷的材料特性间的关系 ,仿真与试验数据吻合良好 ,有限元分析结果为超声电动机定子的优化设计提供了理论依据     

专利快讯

具有铁心混合物电枢组件的线性无刷直流电动机，粘贴压电片的金属柱定子及使用该定子的微超声波电动机，基于半波复合棒压电振子的振动转换型超声电动机，无刷直流电机的转子芯，无刷直流电动机。[编者按]     

超声电机启动稳定性研究

超声电机是一种应用前景广泛的新型特种电机.由于超声电机靠其定、转子间的摩擦传递运动,存在启动不稳定现象,影响其进一步推广应用.通过试验验证了转子摩擦材料的含水率是影响其启动稳定性的因素之一,从超声电机启动的角度出发,结合超声电机运行机理,从理论上分析了超声电机摩擦材料在湿度环境下性能变化对超声电机启动稳定性的影响,指出影响超声电机启动稳定性的主要因素为超声电机摩擦材料含水率、定子表面到中性层距离及波数,为超声电机的摩擦材料设计及电机本体设计上提供依据.     

基于最小二乘支持向量机超声电机摩擦材料寿命的预测

超声电机是一个典型的机电耦合系统,其定子与转子的摩擦过程和压电陶瓷与定子压电耦合过程之间具有紧密的联系,该联系具有较强的非线性。超声电机摩擦材料寿命的预测一直是超声电机研究领域尚未很好解决的难题。针对该问题,提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的超声电机摩擦材料寿命的预测模型。该模型以电信号特征参数作为输入量,摩擦材料的厚度为输出量。电信号的检测方便快捷,无需复杂的数据处理。通过对LSSVM模型参数的优化,提高了该模型的预测精度。测试结果表明摩擦材料厚度的预测值与试验值有很好的一致性。     

基于能量等效的行波型超声波电动机分析模型

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁木辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型,探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机能量损耗的组成,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机的输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电动机特性的解析模型.     

行波型超声波电动机变频控制系统

行波型超声波电动机变频控制系统夏长亮，史婷娜，陈永校（浙江大学杭州３１００２７）１引言行波型超声波电动机是一种新型微特电机，它是靠定子环背面所粘贴的压电陶瓷起振而带动定子环一起振动，再通过定、转子之间的摩擦力驱动转子旋转。根据这种电动机的特殊工作要求...     

超声电机启动可靠性研究

作为一种在航空航天和武器系统有着广泛用途的新型微电机,超声电机的启动可靠性影响了其进一步的推广应用.该文通过理论分析将影响电机可靠启动的因素定位为定、转子摩擦界面阻力的增加以及定子的非线性振动,其中摩擦界面阻力增加包括摩擦材料嵌入定子槽中以及摩擦材料与定子的粘接.结合仿真分析和实验研究,证明超声电机定子振动的非线性是影响电机可靠启动的根本原因,越靠近共振频率非线性越严重,而定、转子接触界面的粘接以及摩擦材料嵌入定子齿使定子谐振频率升高,也就使原有工作频率更接近共振频率,从而导致电机定频启动困难.最后提出利用定子振动的非线性,采取降频启动的方法,可有效提高电机启动可靠性,为超声电机的推广应用打下良好基础.     

超声波电动机转子与摩擦材料间界面裂纹的有限元分析

超声波电动机转子与摩擦材料间的界面裂纹影响着整个电机的可靠性和寿命.采用较符合实际接触状况的柔性转子和刚性定子模型,通过有限元软件,得到超声波电动机转子与摩擦材料间界面裂纹尖端的应力强度因子的计算方法,对转子与摩擦材料之间的界面断裂研究,以及确定其界面加工与黏结工艺具有一定的实际价值.     

复合笼条转子感应电动机不同转子材料特性对起动性能的影响

利用电磁场理论和变分法建立了复合笼条转子感应电动机起动时二维电磁场的数学模型，给出了利用有限元法求解正弦时变场的方法。在计算过程中，以定子端电压为约束条件，对定子起动电流进行了迭代计算，得到了额定电压下的起动电流和起动转矩。以此为基础，改变转子槽形，计算转子不同材料时不同转子结构电机的起动性能。通过方案比较，选取合理的转子槽形和材料，进行样机的加工和试验，把计算结果与实测结果进行对比，表明复合笼条转子感应电动机起动性能的计算结果满足工程实际的需要。同时，将计算结果与普通感应电动机起动性能进行比较，证明复合笼条转子感应电动机具有良好的起动性能。     

超声波电动机摩擦界面的接触情况研究及优化

超声波电动机的平均有效输出效率主要由定转子的摩擦界面和定子(主要是弹性体)的结构决定。超声波电动机的定转子直接接触,靠摩擦驱动,电机必然存在着很大的能量损耗。随着摩擦使电机发热,且温度越来越高,导致电机的有效输出功率越来越小。当超声波电动机达到热平衡后,其有效输出功率亦达到平衡。所以,摩擦界面的匹配情况对电机的效率起着决定性作用,必须通过研究摩擦界面的微观接触状态来改善超声波电动机性能。为提高超声波电动机的有效输出功率。以超声波电动机摩擦界面的接触情况为研究对象,通过有限元分析对接触界面的微观情况进行研究及分析,对其结构的不合理性进行结构优化,然后将前后两种结构的超声波电动机进行试验比对,体现了该结构优化的必然性和必须性。     

行波超声波电机电压幅值—转速控制的辨识建模

适于控制应用的超声波电机数学模型是其运动控制研究的基础。该文采用系统辨识的方法,建立以驱动电压幅值为控制自变量的超声波电机系统转速控制模型,为超声波电机转速自适应控制策略的设计提供基础。所给出的辨识建模方法对其它种类超声波电机及电磁电机的建模研究均有借鉴意义。     

转子槽形及材料对复合笼条转子感应电动机运行性能的影响

针对实心转子感应电动机运行性能相对较差这一问题,提出了在转子槽上下层采用两种不同材料的复合笼条转子感应电动机设计方法,其中上层采用导电导磁的合金材料.基于二维正弦时变场计算电机的运行性能,通过改变转子笼条形状和材料的特性,研究使用导电导磁材料和导电不导磁材料对转子槽和齿部磁场的分布及电机性能的影响,并对不同负载运行情况进行了计算.根据计算结果与实测结果的对比分析后表明,转子槽形及材料特性对电机磁场分布和运行性能有一定的影响,为电机优化设计提供参考依据.     

行波型超声波电机的温度特性

为解决行波型超声波电机运行中温升和发热严重问题,提出一种基于能量耗散的超声波电机表面温度特性理论模型。利用电机定子复合结构的振动耗散能、压电陶瓷的介电耗散能以及定、转子接触面的摩擦损耗能确定电机的总体能量损耗,采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立超声波电机的表面温度特性理论模型;仿真分析电机结构和材料参数(包括驱动电压、驱动频率、预压力、摩擦材料特性以及负载力矩等)对电机表面温度特性的影响;通过实验研究温度对电机输出特性、谐振频率的影响。最后通过实验验证了该模型的有效性和正确性。     

Analytical solution on the non-linear vibration of a traveling wave ultrasonic motor

A vibration model for the stator of traveling wave type ultrasonic motors has been presented using Kirchhoff plate theory. In this model, the vibration equation influenced by electric field is established based on the geometric equations, the constitutive equations and the balanced equations for the structure. This electric field distribution is assumed based on Maxwell equation. Shearing deformation, rotary inertia and damping of the piezoelectric ceramic are been taken into account. Firstly, the dynamics of the stator is discussed. The mode of the stator is derived and validated by comparing the resonant frequencies and modal shapes with those by finite element analysis. Then, the effect of the piezoelectric ceramic damping is also discussed. Finally, The friction layer is simplified as the axial spring. Using modal shapes as the weight function, the analytic solution under the forced vibration for the stator is computed by Galerkin method. The theoretical model and its analytic solution in this paper contribute to simplifying the model for the parametric study and understanding the vibration between the stator and the rotor.     

压电参数d33特性测试装置设计

纵向压电应变常数d33是表征压电陶瓷材料机电转换性能的重要参数之一.有别于常规的静态、动静态检测方式,设计了一种基于扫频方法的新型d33参数测试装置.通过检测不同频率信号激励时线路的电流变化,实现压电陶瓷d33参数的检测计算.该装置具有性能参数检测操作方便、检测过程效率高等特点.     

异步电机断条故障的启动电流小波诊断法

为克服小波脊线在诊断异步电机断条故障过程中存在的数学定义复杂、迭代逼近运算量大等缺点,应用Morlet连续复值小波,多尺度地、中心频率等间隔地分解了实测的同型正常电机和有一根断条的故障电机启动电流信号,分析和比较了对应尺度下的频带能量后,找出了上述电机两种状态的信号能量差异;定义了频带能量比(RFBE)的概念,得出断条故障电机的RFBE比良好状态的至少大2倍的定量判据,并据此提出了基于RFBE的电机断条故障诊断新方法。研究表明:该法不仅具有小波脊线方法的高灵敏度、不受负载波动影响,且诊断过程大为简化、不受噪声干扰影响、实用性更强。     

压电陶瓷剪切模式用于超声波电动机的研究

介绍了已经采用d15逆压电效应的切变型压电陶瓷元件,如激励扭转振动的压电陶瓷环和筒以及激励行波的压电陶瓷盘等,分析了其在行波型、驻波型等超声波电动机中的应用方式和驱动机理。提出了一种新的切变型弯曲振动的压电陶瓷柱元件,并应用于弯曲摇头型超声波电动机中,有助于满足发展大应变、微型化超声波电动机的需求。     

振动模态与超声波电机性能关系的研究

振动模态选择是超声波电机设计的重要环节 ,也是影响电机性能的重要因素。本文介绍了超声波电机振动模态形式及其选择的原则。采用有限元分析方法计算了所设计电机的振动模态和共振频率 ;用阻抗特性分析仪测量了不同模态对应的共振频率 ,其结果与有限元分析结果一致。最后分析了不同模态下电机的输出特性     

双绕线式异步电动机传动的牵引机挂钩牵重控制

双绕线式异步电动机传动的牵引机挂钩牵重控制是大型火电厂卸煤系统煤车牵引的一种常见运行方式。本文提出的控制方法,可根据牵引机的运行状态的变化,相应地改变电动机的定子电压、转子电阻和电动机运行方式,从而解决了牵引机空载低速挂钩,最大转矩重载启动和高速牵、接煤车的安全、经济运行问题。     

球形行波型超声波电机的驱动数学模型

球形行波型超声波电机可以实现球面轨迹的运动,但是目前其设计仍处于经验阶段。该文从球形行波型超声波电机的原理与基本结构出发,利用坐标变换关系得到转子运动时定、转子接触面上接触力的分布情况,分析了行波定子与球转子接触点的摩擦驱动力和摩擦阻力。根据运动稳定时球转子的力和力矩平衡及行波定子的轴向力平衡关系,得到球形行波型超声波电机的驱动数学模型。通过仿真分析了结构参数和行波定子特性的影响,初步验证了上述模型。