基于面内振动的纵弯模式超声波直线电机制设计与实验

以基于薄板内振动的纵弯模式驻波型超声波直线电机为研究对象,选择矩形薄板压电陶瓷片定子及单足驱动形式为例,分析了驱动机理,设计电机的具体结构,制作了样机并进行了实验测试,结果表明,电机运行良好,正反向运动灵活.     

纵弯模式驻波超声波直线电机的研制与实验

以薄板面内振动的纵弯模式直线型超声波电机为目标,对其驱动机理、建模、设计和制作等方面展开研究,设计了全新结构的样机,并对其进行了实验研究与分析。结果表明,电机运行良好,设计达到了预期目标。     

弯纵复合大推力直线超声波电机

设计了一种三阶纵向振动和八阶弯曲振动复合的大推力直线超声波电机,阐述了其结构和工作原理;采用有限元法对定子进行动力学分析,用ANSYS有限元软件计算定子的振动模态,进行谐响应分析;建立定子和滑块的接触模型,得到预压力和定子推力之间的关系.通过实验方法测量定子阻抗特性,将所得结果与理论分析相比较,并得到电机的动态特性.     

纵弯模式驻波直线超声波电动机原理与设计

提出了一种基于薄板面内振动的纵弯模式驻波直线超声波电动机。利用定子一阶纵振和二阶弯振的复合振动使得定子驱动足上质点的运动轨迹为椭圆,在两驱动头的上方紧压一直线导轨,驱动头的椭圆运动通过两者的接触表现为导轨的左右直线运动。讨论了该电机的驱动机理,并对电机的输出特性做了初步的实验研究。     

三圆柱定子纵-弯复合模式超声波电机的研制与实验

该文研究了三圆柱定子纵-弯复合模式超声波电机的驱动机理,设计制作了三圆柱定子纵-弯模式的新型结构电机,并进行了实验测试。实验结果表明,该类型电机不但结构简单紧凑,而且具有良好的输出性能,如反应速度快、控制特性好,低速大转矩等,设计达到了预期目标。     

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。     

贴片式纵弯复合型直线超声电机的理论建模与实验研究

为了满足狭窄空间的精密驱动与控制需求,提出一种结构简单、紧凑、体积小、重量轻的贴片式纵弯复合型直线超声电机。通过两相电信号激励电机定子产生纵弯复合模态,并在驱动足处耦合出椭圆轨迹,从而经摩擦作用驱动动子实现电机的双向运动。首先,采用传递矩阵法建立定子系统机电耦合模型以分析定子的动力学特性,并对定子结构尺寸进行优化设计。其次,加工并装配定子的原理样机,通过测振实验验证了理论模型的正确性。最后,搭建实验平台并对电机原理样机进行了机械输出性能测试,结果表明:在峰峰值200V驱动电压下,电机原理样机在左右2个方向上的最佳驱动频率分别为35.6kHz和35.7kHz,对应的最大空载速度分别为486mm/s和551mm/s,最大推力为0.4 N;在峰峰500V驱动电压下,电机原理样机在左右2个方向上的最大推力分别为0.48N和0.46N。     

纵扭复合型超声波电机纵振动仿真模型

根据纵扭复合型超声波电机的纵振动数学模型,建立了基于Matlab的Simulink仿真模型。分析了预压力、摩擦材料厚度、激振力幅值等参数改变情况下,电机的纵振动变化过程。仿真结果表明:分别增大预压力和摩擦材料厚度,则接触角增大,转子位移减小,定子位移基本不变,但冲击力会随着预压力的增大而增大,随摩擦材料厚度的增大而减小;随着激振力幅值的增大,定子位移、转子位移、冲击力均增大,但接触角减小;激振力的三次谐波成分对纵振动的影响可以忽略。F_c-h_f关系曲线给出了定转子全程接触的临界条件。仿真结果为超声波电机设计提供一定的理论分析基础。     

复合型超声波电机纵振动系统的设计及其特性

从纵振动压电振子预应力的控制及其安装位置的选择对纵扭复合型USM纵振动系统性能的影响进行了探讨,得到了一些对今后研究具有一定指导意义的结论。     

大推力推挽纵振弯纵复合直线超声电机

提出一种大功率夹心式纵弯复合直线超声电机。电机定子主体结构由2个小端相连的指数形变幅杆组成,并在连接处设有驱动足。纵弯振动叠加并在驱动足处产生具有驱动作用的椭圆轨迹。在经典变幅杆理论和变幅杆弯振的传递矩阵分析法的基础上,利用有限差分法,分析各结构参数变化对纵弯谐振频率变化的灵敏度,选取敏感度最大的参数作为设计变量,将电机的纵弯频率简并至27.476kHz。有限元仿真和阻抗特性测试结果与理论计算结果吻合。讨论分析了纵弯振动间的耦合作用并提出带耦合环节的等效电路模型拓扑结构,并利用单相驱动实验验证模型的正确性。电机样机的最大速度为1280mm/s,最大推力为45N。     

一种基于纵弯夹心式换能器的直线超声电机

该电机利用夹心式换能器激励纵向和弯曲振动，通过一定相位差，在驱动足上形成椭圆振动轨迹。采用了指数形变幅杆放大纵振振幅以提高电机速度。利用经典换能器变幅杆理论确定换能器和变幅杆尺寸和纵向谐振频率，并辅以有限元方法来简并纵向和弯曲振动频率。驱动足处于变幅杆不同位置时驱动椭圆振动轨迹有所不同。用有限元法研究了不同形态的椭圆振动轨迹对电机输出性能的影响，发现当驱动足位于弯曲驻波波腹处电机性能最稳定。样机的最大速度480mm/s，最大推力25N。     

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...     

基于有限元法的驻波型直线超声波电机振动特性分析

采用有限元法研究一种驻波型直线超声波电机的振动特性。建立了电机的三维有限元模型,在有限元模型的基础上对电机进行模态分析,得到了电机横向一阶弯曲振动的共振频率,并分析了驱动足的位置对共振频率的影响。在模态分析的基础上,给电机通以高频交流电进行谐响应分析,研究电机在外加电源作用下的横向弯曲振动的振幅以及驱动足尖的运动轨迹。制作了驻波型直线超声波电机样机,对样机进行阻抗-频率特性测试,测试结果验证了理论分析结果。     

纵扭复合型超声波电机的实验研究

概述了对纵扭复合型超声波电机的实验研究。其中包括压电陶瓷片的极化方式、有限元模型的修正、工作频率和振型的测量、电机负载转速等机械特性的测量、超声减摩实验、提高电机负载性能的关键因素 ,并指出今后要做的提高电机性能的实验。最终成功研制了一台直径 45mm纵扭复合型超声波电机 ,最大扭矩为 1N·m。     

面内旋转模态超声波电机设计的若干技术

阐述了面内旋转模态超声波电机的工作原理,针对面内旋转模态电机的特点,分别从陶瓷片的极化、工作界面的确定、振动模态的选择、定子的固定方式、预紧机构的设计几方面论述了电机设计过程中应当注意的问题。     

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。     

基于杆纵振的直线超声电机研究

根据当前直线超声电机的特点,研制了一种新型的基于杆纵向振动超声电机,分析了电机的工作原理,并做出了样机.实验证明电机在施加合理的电压信号下能够实现往复的直线运动.     

计及动子振动的直线超声波电机驱动性能分析

文章研究了动子的振动对驻波型直线超声波电机驱动性能的影响。在传统驻波型超声波电机的驱动机理的基础上,通过在定子的不同振动阶段建立动子振动时的驱动力数学模型,研究了动子振幅对驻波型直线超声波电机驱动性能的影响。理论分析表明,动子振幅越大,电机的驱动性能下降越严重。在此基础上,文章通过采用U型结构动子,并附加阻尼的方式,有效的降低了动子振幅,提高了电机的输出。有限元分析证明了动子的减振效果,实验证明了理论的正确性和方案的可行性。     

基于振动的铁道货车供电装置直线电机的设计

为了给铁道货车提供电力能源,设计了一种基于Halbach阵列结构圆筒型永磁直线电机的供电装置.把该永磁直线电机直接与车辆悬挂弹簧并联安装,利用电磁感应原理将货车车辆运行时振动的机械能直接转化为电能,中间不需要其他传动装置.为了验证设计方案的有效性,利用有限元Ansoft软件对所设计的永磁直线电机进行了电磁场仿真分析,得到了电机空载电动势波形和磁场分布图;应用Matlab/Simulink软件建立了带整流负载的三相电机的仿真模型并进行了仿真,得到了不同负载情况下负载电阻与负载电压和输出功率的关系.仿真分析结果表明,所设计的永磁直线电机产生的电能能够有效地为蓄电池充电或为其它电气设备供电,能在一定程度上解决铁道货车的供电问题.     

基于FFT的超声电机面内振动信号频谱分析

根据Polytec公司的面内振动测量仪所测得的超声电机定子的面内超声振动信号,基于FFT法,自行研发设计面内超声振动频谱分析系统,得出超声电机定子面内振动的各阶模态频率,为超声电机设计和研究者提供可靠的研究数据。