一种动磁式直线振荡电机的设计与分析

针对横向磁通式双定子动磁式直线振荡电机推力较小的问题,分析了该电机的工作原理,建立了动力学模型,探究了其动力学特性,基于三维有限元方法建立了电机的有限元模型,探究了气隙厚度、永磁体长度、永磁体厚度、动子位置、内定子厚度等参数对电机力性能的影响。在此基础上,优化了电机结构参数,并设计了适用于制冷压缩机的大推力方案。研究结果表明,电机的运动呈现正弦规律,永磁体长度等结构参数对电机力性能影响较大,参数合理优化后,输出总推力能达到700 N以上,满足压缩机大推力应用需求。     

单模态驱动的非对称定子结构塔形超声电机

现有单模态驱动超声电机或者只能单向运动,或者存在严重磨损。针对此问题,提出了一种单模态驱动双向运动的塔形超声电机。塔形电机由非对称结构塔形定子和动子构成。塔形定子采用非对称的兰杰文振子结构,设计有低阶和高阶非对称工作模态以及相应的压电陶瓷片极化布置方案,通过模态切换就可以实现电机的单模态驱动和正反向运动。分析了电机的工作原理,制作了原理样机,并对样机进行了模态实验和机械特性实验。结果表明,当A相单相激励,电机工作在高阶工作模态,动子正向运行,最大速度为112mm/s,最大输出力为2N;当B相单相激励,电机工作在低阶工作模态,动子反向运行,最大速度为94mm/s,最大输出力为3N。     

十字形多自由度超声电机接触分析模型研究

十字形多自由度超声电机其动子绕X、Y轴旋转与绕Z轴旋转的驱动机理是不同的,根据弹性接触理论,对其进行了分别考虑,并建立了电机摩擦接触分析模型。利用建立的模型,对多自由度电机机械特性进行了估算,分析了定子振幅、摩擦因数、驱动频率对电机输出性能的影响规律。对所研制样机的机械特性进行了测试,结果表明,所建立的模型对十字形超声电机特性的预估是有效的,可为多自由度超声电机设计提供指导。     

热烈祝贺南京航空航天大学赵淳生院士研究团队再次获得国家技术发明二等奖

南京航空航天大学教授、中国科学院院士赵淳生领导的研究团队,继2004年＂新型（旋转）超声技术＂项目荣获国家技术发明二等奖之后,2013年,以其＂大行程、高精度、快响应直线压电电机＂项目再次荣获国家技术发明二等奖。该项目以直线压电电机为研究对象,在动力学建模、优化设计等关键技术方面取得以下突破：1．建立了定／动子接触动力学模型,提出了瞬态／稳态的运行特性的预测方法,为提高电机的快速响应提供了有效途径。2．揭示了定子／动子接触频率与速度、推力的关系,发明了单定子多驱动足直线电机,其推力／质量、最大速度、输出效率比原来单足式电机提高1倍多。     

磁齿轮啮合型双转子电机建模及控制器设计

磁齿轮啮合双转子永磁电机将永磁电机结构与磁力齿轮结构融合,可以实现低转速大转矩输出,对于提高电机的运行效率和转矩密度开辟了崭新的思路。但是,这类元件的机电动力学建模以及高性能控制却是个亟待解决的问题。文章旨在建立磁啮合电机的机电耦合动力学解析模型,掌握控制器参数对驱动系统性能的影响规律。从电机运行原理出发,将磁啮合电机的电枢-高速转子部分等效为永磁同步电机子模型,而磁力齿轮部分等效为具有弹性相互作用的双转子动力学子模型,两部分通过高速转子转速相结合。在MATLAB/Simulink中建立了磁啮合电机数值模型,同时使用PID控制对整个系统进行调控。利用PID参数整定方法,对控制器系统的性能进行仿真和优化。仿真结果表明,虽然系统存在非线性和耦合问题,但是整定后的PID控制可以使系统对输入信号进行良好跟踪,系统能够达到较好的综合性能指标。     

一种具有纳米级步进特性的直线压电电机

为实现纳米级的定位精度,通过精密控制电机定/动子间的正压力和相对运动速度,以实现电机在一个周期内的精密步进运动。首先,在研究电机步进运动原理的基础上,设计了具有法向振动框特征的驱动足结构,可以获得驱动端法向振动和切向振动的独立解耦特性;其次,利用有限元法对定子驱动足进行了参数优化设计,获得了定子驱动足的主要结构尺寸;最后,制作电机样机并进行了定子振动特性实验和电机特性实验。定子振动特性实验结果表明:该电机在1～400Hz范围内能够使得驱动阶段和回程阶段具有不同的运动特性,上述两个运动阶段的动子运动位移差即为电机的运动步距,因而该电机具有更小的位移分辨率。机械输出特性实验结果表明:该电机在1～400Hz范围内分别具有微、纳米级步进运动特性,在1～30Hz内电机的位移分辨率最高可达11nm。综上,该电机在400Hz以内能实现微纳米定位精度,电机速度最高可达63.3μm/s。     

斜动子与塔形定子构成的单驱双动超声电机

针对两相超声电机对模态频率一致性要求高及单相超声电机难于实现双向运动等问题,提出了一种单相驱动双向运动斜动子塔形直线超声电机。动子相对于塔形定子倾斜安装,利用塔形定子的面内对称模态或面内弯曲模态为工作模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对于动子的倾斜方向,实现动子正、反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角适用范围,对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明,在导轨倾斜角为35°,激励电压为500 V,预压为力4.5 N的条件下,面内对称振动模态工作时的最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;面内弯曲模态工作时的最大空载速度为756 mm/s,最大输出力为0.8 N。     

双定子直线振荡电机及其控制方式研究

为实现低成本、高性能的直线振荡电机控制,在介绍双定子结构及运行原理的基础上,采用磁路方法对双定子直线振荡电机进行了建模,根据建模结果,详细阐述了双定子直线振荡电机的变频、变压及复合控制方案,给出并对比了不同硬件驱动方案的优缺点。实验结果表明,采用磁路方法建立的模型是正确的,动子振荡频率与供电频率相等,动子所受电磁力与电枢电流成正比,通过变压控制可实现电机的振幅精确控制。受负载影响,电机在空载和负载时的共振点不同,且振荡电机的运行特性数学模型与驱动控制方案有关。     

直线超声电机设计、建模和应用的研究进展

直线超声电机作为一种新型作动器,以其独特的结构和驱动原理,在高新技术领域有着广泛的应用。首先,回顾了电机结构设计方面的研究进展,提出了电机的设计理论和方法,阐述了电机结构形式的演化和夹持结构的设计方法;其次,介绍了有关电机理论模型的研究进展,提出了定子机电耦合模型、摩擦接触模型和定/动子冲击模型等;最后,报道了直线超声电机在高精度运动平台、细胞显微操作、微夹持器和绝对重力仪方面的最新应用。     

尺蠖型压电直线驱动器的动态特性

分析了尺蠖型压电直线驱动器的结构原理,建立了驱动器系统动力学模型。对驱动器定子进行了模态分析,并对分析结果进行了评价。对设计开发的驱动器样机输出特性进行了试验测试,实验测得驱动器单步输出位移稳定可靠,100 V驱动电压下,单步输出位移为9.8 μm。对驱动器直线动子的速度、加速度特性进行了测试,依据速度、加速度信号进一步分析了驱动器的动态响应特性。实验结果表明,所开发的驱动器具有动态特性好、运动稳定等优点。