两级复合放大箝位步进压电直线电机

针对尺蠖式电机运行过程中导轨与动子对加工与装配要求过高的问题,提出了一种尺蠖式原理的两级复合放大箝位步进压电直线电机,分析了电机的工作原理,设计了电机箝位机构和总体结构。利用有限元软件对箝位机构进行仿真分析,得到柔性结构的最佳尺寸。制作样机并设计实验,得到了电机的速度特性曲线并进行分析。样机的实验结果证明了该方案的可行性,并且在电压峰峰值为100V、频率为150Hz的方波信号激励下,电机的空载速度可达1.23mm/s,最大推力可达1.6N。该电机有效降低了驱动器的加工与装配要求,增强了电机运行的稳定性。     

三角位移转换式压电直线电机

为了在保持电机精度的同时获得较大作动行程,提出了一种以叠层压电陶瓷作为激励振动源的压电直线电机。分析了电机的工作原理,推导了电机驱动足在工作时的运动轨迹。设计安装了电机样机,并对其定子进行了测试。最后,在两种激发条件下实验研究了电机的整机性能。结果表明:单组叠层压电陶瓷激励时,该样机定子驱动头在接触面法向和切向同时具有振动分量,并能够在阶跃和连续两种不同激励方式下实现单向大行程直线运动。以锯齿波激励时可实现步进运动,激励频率为20Hz时步距为0.1μm;以两路相位差π/2的正弦波激励时,可在1.5kHz到5.8kHz的激励频率区间输出稳定连续的直线运动,其运动速度随激励频率的升高而增大,在峰-峰值110V(50V偏置)的正弦电压激励下其推力可达4.8N。该电机具有高位置分辨率和宽频率响应,可以在两种工作模式下分别稳定地实现直线步进和大行程连续运行。     

非共振式压电直线电机中的防剪切机构

基于叠层压电陶瓷在使用中需要设计防剪切机构的特点,在总结非共振式压电直线电机的工作原理的基础上,对3种不同的防剪切机构进行了理论分析,结合已有的样机研究了其对非共振电机运动性能的影响,概述了其优势与劣势。在理论仿真分析中,得到最佳的机构形式,并对其进行结构优化,将最佳方案运用于定子结构中,制作了样机,实验结果验证了理论分析的正确性。新型样机在输入100V,100Hz的方波-三角波信号时,电机正向运动速度为209.1μm/s,反向运动速度为210.3μm/s。     

一种双足驱动压电直线电机

为研制高精度、大行程、大推力的压电直线电机,设计了一种基于叠层压电陶瓷的步进式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足振幅与电压成线性关系,且最大振幅可达2.9μm,电机最大无负载速度为796μm/s,最大输出推力为4.8N,达到了预期的目的。     

新型惯性式直线超声压电电机的运动机理及实验研究

提出了一种新型惯性式直线超声压电电机.该电机利用压电晶体的逆压电效应和惯性位移原理,由定子的轴向变形,通过摩擦力的作用,以惯性位移的形式传递运动.它由两部分组成,定子由具有位移放大功能的压电复合换能器和轴组成,动子为一带有缺口和环形凹槽的环.分析了该电机的工作原理,并通过仿真和实验相结合的方法分析了两种激励方式对电机性能的影响.实验结果表明:样机采用方波驱动比采用锯齿波驱动的效果好;在采用方波驱动信号驱动时,样机的最大空载速度可达到11 mm/s,最大输出力达到0.5 N.     

多工作模式压电直线电机的设计与研究

提出了拥有多种工作模式的新型非共振式压电直线电机。对电机的核心部件定子结构进行了设计与建模,分析了其在3种工作模式(连续作动模式、交替步进模式以及单步作动模式)下的作动机理。对电机的布置形式、夹持机构以及预压力机构进行了设计与研究,利用有限元软件辅助分析了结构的机械强度。制作样机并分别在3种工作模式下进行了一系列实验。实验结果证明了多工作模式的可行性:在连续作动模式下施加电压为100V、频率为100Hz的正弦信号,电机输出速度为446.4μm/s;在交替步进作动模式下施加电压为100V、频率为100Hz的方波-三角波信号,电机输出速度为6 031μm/s;在单步作动模式下,电机作动单步步距小于同等条件下交替步进模式步距,当施加电压为30V、频率为1Hz脉冲信号时,其平均步距约为333.33nm。新型直线电机可以适应多种不同场合的工作需求。     

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。     

双柔铰导向式非共振压电直线电机

光波导封装等领域对拥有大行程、高精度以及高分辨率的微位移平台有大量需求,在研究微位移平台的过程中设计了一种双铰链导向式非共振压电直线电机。简述了电机的工作原理,完成了电机的结构设计,制作出电机的样机并完成相关的实验,实验设备主要有信号发生器、功率放大器、示波器和激光位移传感器等。实验表明,电机最大速度达到10.36mm/s,分辨率达到0.3μm,理论最大输出推力达到8.33N,电机设计达到预期目的。     

基于旋转磁铁箝位的压电尺蠖驱动器理论与试验分析

为简化压电尺蠖驱动器信号控制系统并降低摩擦磨损,提出了一种基于旋转磁铁箝位的新型压电尺蠖驱动器。该驱动器利用直流电机带动永磁体转动实现交替箝位,通过激光对射传感器感知永磁体位置产生的激励信号来驱动压电叠堆实现精密直线位移输出。优化了驱动器结构的相关参数,制作了压电尺蠖驱动器样机并对其进行试验测试,结果表明:驱动器性能稳定,最小分辨率为0.119μm,最高速度和最大载荷分别为481.43μm/s、950 g。     

一种振子移动式直线压电电机设计

压电电机是一种新型微电机,依靠振动和摩擦驱动,工作不需磁场也不产生磁场,在医疗、空天等领域有着特殊用途。提出一种振子移动式直线压电电机结构,以高强度夹心换能器作为振子基体,利用一阶纵振作为工作模态,容易实现且可产生较大的驱动力。采用振子移动式结构可以节省电机的工作空间,有利于空天领域的应用。     

基于压电叠层振动的一种直线电机的设计

设计了一种利用压电叠层的微幅振动的新型压电直线电机。分析了非共振状态下电机的工作机理,设计了电机的定子结构和总体结构。利用有限元软件对驱动足进行仿真分析,得到了柔性结构的最佳尺寸。制作了样机并进行测试,试验表明电机的运行速度随激励频率和激励电压的增加而增加,且在一定阈值内近似成线性关系。当驱动电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,电机的空载速度可达2.8 mm/s,最大推力可达3.5 N。该电机工作频带宽、驱动电压低,对电机的结构精度和加工精度要求不高。     

压电尺蠖直线电机的结构设计及特性分析与测试

为实现大行程、高分辨率定位,采用推动式结构来设计压电尺蠖直线电机的新构型。首先,采用斜楔式机构及蝶形弹簧对钳位机构进行了设计,并基于柔性结构对驱动机构进行了设计,所设计的电机结构紧凑、易于调节、可断电自锁;其次,采用有限元对钳位机构和驱动机构的静动态进行了仿真分析;最后,搭建了实验系统,对电机的位移、速度、分辨率进行了测试。结果表明:在4.5 mm的运动范围,电机输出位移具有良好的线性,在50 Hz的驱动电压作用下,电机的运动速度为59.1μm/s,电机输出位移的分辨率为24 nm。     

杠杆式尺蠖压电直线驱动器

设计了一种基于尺蠖运动原理的压电直线驱动器,用于解决光学领域中的精密定位问题。该驱动器采用了对称杠杆式位移放大机构,在保证钳紧力的同时,可以获得较大的驱动位移。阐述了尺蠖式压电驱动器的工作原理,对杠杆式柔性放大机构的位移损失、压电陶瓷与柔性机构的耦合特性及箝位机构与中间驱动机构的刚度进行了分析。利用有限元软件Ansys对钳位机构和驱动机构的变形、应力、输出位移和固有频率等参数进行了仿真分析。最后,搭建了实验平台,测试了驱动器的各项性能。测试结果显示,该驱动器的行程为±25mm,钳紧力为17N,承载力为11N,最大和最小步距分别为55μm和60nm。当驱动电压为150V时,驱动器的最高驱动速度为1.259mm/s。得到的性能指标满足光学领域精密定位需要。     

拉压负载下的大推力压电直线作动器

为解决压电直线作动器在受到拉力和压力负载时的驱动问题,本文提出了一种双向压电直线作动器。该作动器主要采用双向螺旋箝位原理,实现双向大推力作动。结构上,将两个压电叠堆对称布局,梯形丝杠螺母组成螺旋箝位,匹配二者驱动时序实现压力和拉力下的驱动。为研究双向尺蠖驱动机理,设计了双向螺旋箝位机构和作动器总体结构;而螺旋箝位作为尺蠖驱动的关键因素,为了准确地表达箝位的可靠性,研究了力矩电机与柔性联轴器及压电叠堆的匹配关系,并通过ANSYS软件对箝位功能进行了仿真分析。设计加工的样机机身总长为233mm,最大外径为63mm,质量为1.1kg。搭建样机的测试系统,试验表明:该作动器的最大输出力可达190N,最高速度可达2.58mm/s,行程为60mm。     

双足步进作动压电直线电机的工作机理及试验

大行程和高精度是半导体加工、光波导封装等现代精密制造领域对作动器提出的新要求,在传统作动器中这两个特性往往相互矛盾从而难以同时具备。为获得满足这一要求的作动器,基于叠层压电堆器件的特点提出了一种新型步进压电直线电机的原理,详细分析了它的作动机理,该原理方案具有较大的作动行程和较高的步进分辨率,同时其输出推力与预压力成正比,有望获得较大的推力和自锁力。在原理分析的基础上,设计了电机的结构方案并加工了样机,讨论了该电机对装配的特殊要求并对样机的装配进行了验证试验,样机作动试验结果验证了该原理方案的可行性,并且在直流偏置50 V、峰峰值为100 V、频率10 Hz的正弦电压激励下,样机的平均速度达63.3μm/s,这与理论计算的相对偏差为6.9%。     

蠕动式压电/电致伸缩直线电机钳位机构设计

提出一种用于微进给压电／电致伸缩直线电机的弹性夹紧钳位机构。该机构采用柔性铰链和径向分布式杠杆构成力放大机构,实现对主轴的钳位与松位作用。本文在分析计算单槽半圆柔性铰链转角刚度、夹紧机构的力放大系数的基础上,讨论钳位机构与主轴之间的初始间隙、柔性铰链转角刚度以及杠杆机构的分布组数等因素对夹紧力的影响。该钳位机构可有效地降低钳位致动电压和机械配合精度,提高压电／电致伸缩直线电机的承载能力。     

一种紧凑型压电叠层直线电机驱动足的优化设计

在使用压电叠层时一般会设计防剪切机构,未设计防剪切机构时需要对驱动足结构进行仿真设计,减小压电叠层所受剪切力。为此,提出在无防剪切机构时电机驱动足的结构优化方法,并对一种紧凑型压电叠层直线压电电机驱动足进行仿真优化。通过优化把横向压电叠层输出端的旋转变形由1.333μm减小至0.061μm,纵向平移变形由1.911μm减小至0.749μm,机构的最大等效应力由253.35MPa减小至189.68MPa,显著改善了压电叠层的工作环境。提出一种并联S形弹簧机构,给出该结构的优化设计方法并进行仿真设计。仿真结果表明:该机构有较大的刚度范围,可以有效降低压电叠层所受剪切力;在相同刚度的情况下,具有弹簧宽度越大最大等效应力越小的特点。     

驻波压电直线马达的研制与实验测试

该文研究的基于压电驱动的直线马达样机具有大行程、高分辨率、体积小、输出力大、速度可控等特性,被广泛应用在微操作机器人领域。该文还介绍了专门用于驻波压电马达驱动的高频压电源,其将最新的数字可编程逻辑芯片应用在电路的设计中,提高了电源的可靠性和集成度;同时还介绍了专用的实验测试系统及其对研制的原理样机进行力与速度的测试结果。     

压电电机的设计与实验研究

基于对压电陶瓷材料的特性研究,利用压电陶瓷的逆压电效应,压电陶瓷双晶片通过组合设计得到压电驱动元件,分析了在电激励条件下,压电陶瓷双晶片悬臂端振动通过摩擦力和惯性力驱动转子转动并输出转距的原理,研制了一种基于摩擦式的压电电机.研究了压电电机输出转速、转矩特性与激励电压频率之间的关系,试验表明:压电电机具有良好的输出特性,响应快、发热很少、转动平稳且可实现双向回转,结构简单,容易实现闭环控制.此设计为进一步研究实用的小型化、低成本、高效率的压电电机提供了一种新的设计方法.     

摩擦驱动型压电叠堆直线电机的工作原理

以一种典型的摩擦驱动型压电叠堆直线电机结构为例,对摩擦驱动型压电叠堆直线电机的振动摩擦驱动机理进行研究。结合电机系统的振动脱离模型,分析了电机定子与动子脱离的力学条件,进而分析电机结构参数和工作参数对椭圆运动和振动脱离性能的影响。对原理样机进行了试验研究,结果表明,压电叠堆的激励电压、激励频率和电机的预压力对电机的振动脱离性能有显著影响。