四悬臂复合换能器式圆筒行波超声波电动机的研究

通过提出一种四悬臂复合换能器行波超声波电动机,提高了超声波电动机的输出力矩和性能。该电机由4个换能器、圆筒和转子组成,4个换能器均匀地分布在圆筒四周。通过控制输入激励信号,实现在圆筒上激励出在时间上相差π/2的纵弯模态行波,通过圆筒上齿和转子耦合使转子产生运动。在分析电机工作机理的基础上,建立了纵弯复合换能器式圆筒行波超声波电动机的有限元模型,通过对模态进行分析,最终实现电机纵振和弯振的复合模态简并。     

纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机

提出一种纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机,该电机定子组件由定子圆筒和4个纵振夹心换能器组成,变幅杆和圆筒采用一整块硬铝合金加工而成。利用压电陶瓷片的纵向振动在夹心换能器中激励出纵向振动,实现两组换能器在定子圆筒上激励出2个幅值相等、在时间和空间上均相差p/2的弯振模态响应,2个弯振模态响应叠加在定子圆筒上形成弯曲振动行波,定子齿表面质点产生椭圆运动轨迹,进而通过和转子之间的摩擦耦合实现宏观运动输出。运用有限元法设计了定子圆筒和纵振夹心换能器,并实现了频率简并。测量结果表明,样机的最大转速为110 r/min,堵转力矩为0.5 N×m。     

多自由度纵弯复合模态球型超声波电动机研究

为有效提高超声波电动机的机械输出性能和改变输出形式,设计了一种纵弯复合四换能器式多自由度球型超声波电动机驱动器。该电机驱动器由两两对称的4个纵弯悬臂梁换能器和定子圆筒组成,悬臂与纵弯陶瓷片一起被固定在螺柱之上。对电机的驱动原理进行分析,利用有限元法对电机结构参数进行设计和仿真,设计出正方形电机驱动器,其总长度为136 mm,换能器长度为76 mm,定子圆筒外径为90 mm。实现电机的纵弯模态特征频率的简并值为21 080 Hz,并对电机的瞬态特性和谐响应进行分析,得出在20 945 Hz处振幅最大,质点最大位移提高50%,验证了所设计的电机的可行性和有效性。研制电机并进行试验,最大力矩为0.98 N·m,最大转速为53 r/min。     

微小型纵弯复合激励式圆筒超声电机的设计

为了有效提高超声电机的机械输出性能,研制了一种微小型贴片式纵弯复合激励式圆筒型行波超声电机。该电机由圆筒和一个纵弯复合换能器组成,换能器位于圆筒的外侧壁上,换能器由一对弯振压电陶瓷片、一对纵振压电陶瓷片和前端为变幅杆的长方形铝块组成。对电机的工作原理进行了分析,利用有限元方法对电机进行了设计与仿真,实现了电机两个基本振动模态特征频率的简并。对振动特性进行了测试,测试结果与有限元分析结果吻合良好。测试结果表明,换能器的纵振、弯振和圆筒弯振模态之间均实现了很好的匹配。。     

一种纵弯复合型超声波电动机的设计与分析

为解决纵弯超声波电动机电路匹配和结构设计复杂的问题,介绍了一种新型纵弯复合型超声波电动机结构,该电机由4个纵弯超声换能器组成。介绍了电机的结构并且对其运行原理进行了分析,其次运用有限元法通过调整结构参数实现了超声换能器的纵弯模态简并,接着运用ANSYS对超声换能器进行了瞬态分析,得到了驱动足质点的椭圆运动轨迹。最后研制了原理样机并进行测试,测得该电机的最高转速为96 r/min,最大转矩为3.8 N·m。     

谐波减速式超声波电动机的设计与实验研究

提出并设计了一种低速输出的谐波减速式行波超声波电动机,分析了其工作原理,并利用样机研究了行波超声波电动机和组装后的谐波超声波电动机的频率速度特性,获得双面齿行波超声波电动机和谐波减速式超声波电动机的最大空载速度,且实验获得的传动比比设计的理论传动比大20%.实验结果表明该电机能够低速可靠的运行.     

平面超声波电动机的研究

提出了一种新型平面超声波电动机.电动机采用单定子十字正交纵弯夹心换能器结构,4个驱动足位于相应端部第一个弯曲驻波的波腹处.借助有限元法,分析电机结构参数对纵振和弯振特征频率的影响趋势,调整结构参数将纵弯模态特征频率简并至22463 Hz.建立驱动足运动轨迹的数学模型,借助有限元瞬态分析,对驱动足振动轨迹进行仿真,实现对所建立振动轨迹数学模型的验证.     

纵-弯复合旋转式超声波电动机的优化设计与性能分析

提出一种采用压电叠堆和压电双晶悬臂板构成的新型纵-弯复合旋转式超声波电动机,利用电动机定子的一阶纵振动和二阶弯曲振动模态复合形成接触头的椭圆运动,实现电动机的旋转驱动。分析了电动机的总体结构和运行机理,利用有限元方法建立了电动机定子的机电耦合模型,通过对定子的模态分析和结构优化设计,确定了定子的两个工作模态以及两工作模态频率的调谐。通过对定子振动特性的分析,验证了电动机设计方法和设计思路的正确性。最后,利用冲量定理和能量守恒原理建立了电动机的力传递模型,数值分析了电动机的机械输出特性。研究结果对于改善和优化超声波电动机的输出性能以及电动机的建模具有实践指导作用。     

一种纵弯复合单驱动足超声波电动机的设计

研究了一种新型的纵弯复合单驱动足超声波电动机,并设计了压电振子的极化方向和电路连接。对纵弯复合单驱动足超声波电动机的10个结构参数进行了灵敏度分析,得到不同参数对电机的纵振模态、弯振模态以及频率差值的影响,并进行了纵弯简并,得到了优化后的结构参数。     

基于不对称振动模态的毫米级直线超声波电动机的研制

介绍了一款微型直线超声波电动机的研制。该电机利用两个频率不相等的不对称弯振模态工作,可以实现单相驱动和两相驱动。建立了电机定子的运动学模型,分析了在单相、两相驱动下定子驱动质点的运动轨迹,推导出其椭圆运动轨迹方程。利用有限元对在不同频率驱动下定子驱动点的运动轨迹进行了仿真,检验了电机运动机理分析的正确性。制作了微型直线超声波电动机样机,该电机定子的尺寸仅为1.72 mm×1.72 mm×6mm,在驱动频率为131.9 kHz、激励电压为40 V时,电机单相、两相激励时的空载速度分别为3.9 mm/s和4.9 mm/s。     

一种面内弯纵复合模态的直线超声电动机研究

对面内弯纵复合模态的直线超声电动机进行了研究,改进了电机定子,在定子的矩形板上开孔。利用瑞利-里兹法求解定子矩形板的面内二阶弯振频率和一阶纵振频率,通过调节矩形板上开孔尺寸,调节了定子的面内二阶弯振频率和一阶纵振频率,使之更为接近,从而利于这两种模态的同频激发。通过实验证明,矩形板开孔后,定子驱动足的振幅明显增大,电机的输出速度和动力得以提高。     

基于ANSYS的直线超声波电动机仿真

研究了一种纵弯复合型的直线超声波电动机,介绍了其结构和工作原理,运用ANSYS 11有限元分析软件建立了压电振子的有限元模型,对压电振子进行了模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析和接触分析.通过仿真得到了压电振子的振型,计算了压电振子的产生纵弯复合振动的最佳频率,验证了压电振子驱动足的椭圆运动的形成,并通过接触分析证明了这种直线超声波电动机的可行性.仿真结果对纵弯复合模态的直线超声波电动机的设计具有重要的指导意义,为直线超声波电动机的制作和实验研究奠定了基础.     

双兰杰文振子V型直线超声波电动机的设计与实验

提出了一款由双兰杰文振子组成的V型直线超声波电动机,该电机通过两个兰杰文振子的纵振和弯振,在定子驱动足上形成椭圆运动,从而驱动直线滑轨对外输出直线运动。该电机使用了阶梯型超声变幅杆,有效地放大了定子驱动足处的振幅。介绍了电机的结构和工作原理,然后介绍了使用有限元法优化定子的方法,最后对实验样机进行了输出特性测试。结果表明,该电机无负载的最大输出速度206 mm/s,电机的最大输出力为10.5N。     

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...     

中空形行波超声波电动机的研究

研究了一种新型中空形行波超声波电动机,电机定子呈圆环形,内孔为正十六边形,16片压电陶瓷依次粘贴在定子的内表面。定子齿呈锥形,并在圆环外表面呈周向排布。利用ANSYS软件对定子进行模态分析,确定选用,四阶面内弯振模态作为电机的工作模态。对定子进行谐响应分析,通过施加不同的电压值研究质点位移随电压的变化情况。研究证明了电机设计的合理性。     

超声波电动机定子振动模态及影响因素分析

在研究圆柱定子超声波电动机结构和工作原理的基础上,运用有限元分析软件建立了超声波电动机定子的有限元计算模型,对纵向、弯曲振动模态进行了分析,研究了定子结构参数对驱动振子谐振频率的影响,研究结论为圆柱定子超声波电动机设计提供了相关理论依据。     

一种外伸梁式弹簧定子超声波电动机的设计

一种采用弯曲行波驱动的弹簧定子超声波电动机,为解决该电机存在的压电陶瓷粘贴可靠性低的问题,设计了一种外伸梁式弹簧定子超声波电动机。从理论上分析了超声波电动机的驱动原理,采用正交试验设计法及有限元方法对定子结构参数进行优化设计,并对优化后弹簧定子的动力学特性进行分析,为该电机进一步实验研究提供了理论基础。     

纵弯复合两自由度直线超声波电动机

介绍了一种一阶纵振模态与二阶弯振模态复合的两自由度直线超声波电动机的结构组成和工作原理,用有限元方法对电机的定子进行了结构动力学设计,并制作了电机样机。对电机定子的工作模态和电机的输出性能进行了测试。实验表明:定子的工作模态与理论设计结果相符,并较好地满足了设计要求;电机的输出速度和推力得到了大幅度提高,从而证明所提出的设计思路是合理、可行的。     

新型碗状超声波电动机的研究

针对一类定子结构不确定的超声波电动机,基于压电陶瓷片的逆压电效应,构造出一种碗状型的新型超声波电动机。通过对压电换能器尺寸的设计与调整,从而使电机的部分性能得到优化。利用ANSYS有限元分析的方法对超声波电动机压电换能器进行模态分析和谐响应分析。建立以谐振频率和预压力为超声波电动机基本性能测评标准,并通过实验来验证设计的准确性。     

换能器式波发生器驱动的压电谐波电机设计与分析

提出一种新型压电换能器式波发生器驱动的压电谐波电机。首先研究新型压电谐波电机的结构及工作原理。然后进行压电换能器波发生器的设计,设计两级变幅杆压电换能器的结构以及两级杠杆式位移放大机构。最后利用有限元分析软件Ansys,进行压电波发生器的输出位移分析,通过有限元模态分析,获得压电换能器的纵振模态及振动频率,瞬态分析获得压电换能器变幅杆前端质点的最大位移,在此基础上,通过位移放大机构的静力学分析,获得压电波发生器的最大输出位移,结果显示该位移能够满足柔轮的弹性变形需求。