一类面内弯曲模态行波直线超声电机的研究

提出了一种新型含有不完全齿的圆环型行波直线超声电机,电机的动子滑块在一定预压力下紧贴在圆环型振子外表面齿形结构的端面上,4个压电陶瓷片间隔90°均布于圆环型结构的内侧,4组驱动齿分别与压电陶瓷片位置间隔45°布置。电机工作时,仅一处驱动齿工作,通过轮换不同工作齿的方式可提高超声电机的寿命。电机利用两个同频正交的面内三阶弯曲模态工作。利用有限元软件对振子进行了动态设计与仿真,分析了结构参数对模态的影响。加工制作了原理样机,并测试了样机的振动特性及输出性能。实验结果表明,该电机在激励电压峰-峰值为240 V,激振频率为30.459 kHz,预压力为0.6 N时,电机运行平稳,最大输出力为90 mN,电机的空载速度为102 mm/s。     

柱面双足驱动杆式振子直线超声电机研究

该文设计了一种双驱动足直线超声电机,其振子具有对称圆锥变幅杆的双驱动足结构,工作模态为相互正交的2个三阶弯曲振动.建立了振子有限元模型,分析了振子主要结构参数尺寸对2个柱面驱动足模态的影响规律.并基于此以降低2个驱动足工作模态频率差,提高工作模态与干扰模态频率差为多重目标,对振子尺寸进行了优化设计.实验测试结果表明,优...     

基于面内弯曲模态直线超声电机振子研究

提出了一种矩形振子面内弯曲模态直线超声电机,分析了振子面内弯曲模态的激发原理及电机的驱动机理。运用动力学分析法,建立了矩形振子的动力学模型,分析讨论了振子结构参数及弹性体材料对振子模态频率的影响,并进行了相应的扫频实验研究。动力学计算与实验测试结果比较表明,在自由边界条件下,理论分析结果与实测结果基本一致,研究结果为利用面内模态直线超声电机的设计提供了依据。     

压电超声电机及其应用

近年来,国外研制成功许多新型的压电超声电机,它们具有高性能、大转矩、高效率、小型化和低成本等优点。这些电机包括超声线性电机;采用圆环形结构的弯曲振动的行波电机;利用椭圆振动的压电振动器的旋转电机以及采用三角形压电双晶片元件制作的超声电机等。本文评述上述各种电机的工作原理、结构、材料、性能及其主要应用。     

多自由度超声电机振动频率的修正

多自由度超声电机是将两种以上的超声振动模式按照一定的方式组合,通过在定子表面的椭圆运动实现转子的多自由度转动.该文对纵弯复合模式圆柱形多自由度超声电机的振动特性进行了研究,该电机的定子由两组夹心式振子组成:一组夹心式压电片在电压激励时能在纵向产生较大的振动位移;另一组夹心式压电片由2个纵向振动的压电片和4个铜电极组成,用于产生两个方向的弯曲振动.为了研究电机的工作特性,参照换能器频率的计算方法,通过纵弯振动的波动方程推导了电机纵弯振动频率方程,考虑多自由度工作时,电机定子纵弯振动的相互影响,对纵弯振动频率方程进行了修正,并将理论计算结果、数值仿真结果及实验测试结果进行了比较,证明了理论计算的正确性.     

弯扭复合模态超声电机振子的优化设计

针对目前超声电机振子主要采用纵振或弯振复合而较少采用扭曲振动的形式,该文设计了一种弯扭复合模态的超声电机振子,该振子的振动模态由一阶扭转振动模态和二阶弯曲振动模态耦合而成.采用有限元法对二阶弯曲振动模态和一阶扭转振动模态固有频率在不同振子尺寸参数下的规律进行分析,并将这些规律拟合为两个多维函数的基础上,以提高二阶弯曲振...     

单相短柱型直线超声电机的设计

提出了一种单相驱动的立式短柱型压电直线超声电机,论述了该电机的动作原理和设计过程。该电机利用纵向振动和横向振动的耦合模态工作。为获得同一驱动频率的一致的双向运动特性,该电机采用对称结构,利用压电陶瓷在短路和开路时弹性模量存在差异的特性,用单相驱动信号实现了纵向和弯曲耦合模态的有效激发。以增大电机弯曲振动模态前后振幅比为目标,利用三自由度集中质量的简化模型,优化了定子的结构。制作了电机的原理样机,对其进行了输出性能测试。实验结果表明,电机的输出性能良好。电机定子长22mm,自重3.3g,0.3N输出推力下最大速度达140mm/s,5N预压力下最大输出推力近1N。     

单相短柱型直线超声电机的设计

提出了一种单相驱动的立式短柱型压电直线超声电机,论述了该电机的动作原理和设计过程。该电机利用纵向振动和横向振动的耦合模态工作。为获得同一驱动频率的一致的双向运动特性,该电机采用对称结构,利用压电陶瓷在短路和开路时弹性模量存在差异的特性,用单相驱动信号实现了纵向和弯曲耦合模态的有效激发。以增大电机弯曲振动模态前后振幅比为目标,利用三自由度集中质量的简化模型,优化了定子的结构。制作了电机的原理样机,对其进行了输出性能测试。实验结果表明,电机的输出性能良好。电机定子长22 mm,自重3.3 g,0.3 N输出推力下最大速度达140 mm/s,5 N预压力下最大输出推力近1 N。     

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。     

小型压电式超声微幅振动试验台的分析与设计

通过对压电直梁弯曲振动特点进行分析,用有限元分析软件设计出一种结构简单的小尺寸压电式超声微幅振动试验台.该试验台主要由压电直梁、T字型台面及两端附加质量组成,利用压电直梁的奇数阶弯曲振动模态实现梁中间处的台面在竖直方向上的简谐振动.样机的测试结果表明,试验台输出频率涵盖范围广,台面振幅分布均匀度较好和振动幅值精度较高,可作为一种实验平台用以研究超声电机及超声振动输送(给料)中的动态接触问题.     

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。     

块体物料超声输送能力测试实验装置的研究

基于行波超声物料输送原理,提出并研制了一种多驱动频率的环形压电式超声输送实验装置,该实验装置可对块状单体物料或物料群的运行状况进行不限时、不限输送长度的精确观测,进而能精确计算物料速度等性能参数.在振幅为1 μm,驱动频率分别为24.69 kHz及39.31 kHz的实验环境下,对黄铜圆柱和钢圆锥滚子两种规则试件进行了实验测试,实验结果表明,试件具有很均匀的运行速度,输送振子在相同振幅的条件下,输送速度与输送振子的波数及频率成正比.     

圆筒压电振子产生周向行波的激励原理

圆筒型行波非接触超声马达需要在某圆周方向形成行波以产生驱动力。文章较系统地研究激励圆筒振子产生周向行波的原理，分别给出了激励源在空间和时间上的关系，为有效设计和激励压电振子提供了理论依据。同时对多种激励法进行了研究和比较，给出了相对简便的激励法。最后根据理论分析，设计了振子进行实验，实验结果与理论分析取得了较好的一致。     

双足压电振子驱动模式的比较研究

为比较驻波直线超声电机双驱动足同时驱动与交替驱动的两种工作模式,该文提出了一种多足驱动的超声电机振子。该振子双侧共有4个驱动足,其中一侧的2个驱动足实施同时驱动模式,另一侧的2个驱动足实施交替驱动模式,便于比较及分析两种模式之间的性能差异。通过有限元仿真确定了压电振子的结构尺寸、弯曲工作模态及固有频率,制作振子并开展了振子的振动特性和输出性能及其比较的实验研究。实验结果表明,在激励电压峰峰值100 V、谐振频率26.30 kHz的条件下,交替驱动时空载速度和最大输出力比同时驱动提高了14%和40%。在交替驱动模式下,避免了因多个驱动足互相干扰动子而导致压电振子输出功率降低的问题,输出速度和输出力得以提高,与同时驱动模式相比,交替驱动模式有利于改善输出性能。     

驻波型自校正超声电机的研究

介绍了自校正超声电机的转动机理，用有限元法分析了该电机定子的振动模态，得到了适合电机运转的工作模态—— Ｂ１２模态，并且设计和制造了驻波型自校正超声电机。该电机定子直径为４０ ｍ ｍ ，高为 １．５ ｍ ｍ ，电机工作频率为 ３０ ｋ Ｈｚ～３３ ｋ Ｈｚ，能够实现正、反转并具有自校正的能力，设计计算与所做的实验结果基本吻合。     

SAMCEF在超声波电机设计中的应用

在微机电领域中,为获得超声波电机的振动模态及谐响应特性,利用SAMCEF有限元分析软件对直径为50 mm的环形行波型超声波电机压电转换器和定子的振动状态进行了分析;在完成超声波电机定子建模的基础上,进行振动模态分析和最优模态选择,并在此基础上进行了谐响应分析。分析结果表明,利用SAMCEF软件对超声波电机进行分析被证明是一种行之有效的方法。     

一种新型驻波直线超声电机的研究

所叙述的一种新型驻波直线超声电机,它利用单相信号激发出动子的一阶弯曲模态,完全不同于一般直线型超声电机利用纵－弯或弯－弯复合模态。文中详细研究了适用于自振荡电路来驱动的该电机的原理、齿的运动轨迹,用有限元分析了该电机动子的工作模态,并在实验上验证了上述理论的正确性。     

A miniature piezoelectric ultrasonic motor based on circularbending vibration mode

A rod-type miniature piezoelectric ultrasonic motor based on free-free bending vibration mode with improved construction was developed for application of precise positioner. The design methodology, construction, and operation principle of the motor are presented. By using the finite element method, the motor's vibration modes and driving mechanism were modeled. The characteristics of the prototype were investigated experimentally. The experimental results first reveal that both a corrugated tube type of horn and “soft-type” piezoelectric ceramic in the piezoelectric transducer (stator) can widen the band of operational frequency of the motors notably. The developed prototypes, 15 mm in diameter and 25 mm in length, have shown some advantages such as low speed (70 r/min) with large torque (0.055 N·M), very high resolution (0.01°), and good speed stability of over 10 h, etc. The miniature motor has been successfully applied to laser resonant cavity as a precise driving element     

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。