摩擦驱动型压电叠堆直线电机的工作机理

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.     

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。     

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。     

动摩擦型压电叠堆直线电机定子的振动特性

为提高动摩擦非共振型压电电机的输出力,研究了该型电机定子的振动特性及其对电机输出力的影响。通过分析电机的总体结构和工作机理,建立了电机定子的纵向振动模型和伪刚体模型,给出了定子驱动端的振动微分方程,并获得了纵向位移函数和横向位移函数。从功能原理出发,推导了电机的周期平均输出力公式。利用数值分析法对电机的纵向振幅特性和推力特性进行了仿真。设计、制作了电机样机,对不同激励条件下定子驱动端的纵向振动位移和电机输出力进行了测试。仿真和试验结果验证了定子振动特性理论：电机输出力随纵向振幅的增加而增加,且近似成线性关系。测试结果表明：在激励电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,驱动端振幅最大可达0.92μm,样机输出力最大可达3.5 N。     

电磁调制非接触式压电电机输出特性

提出了一种电磁调制非接触式压电电机,实现定、转子非接触耦合传动,具有结构可靠、运行稳定及控制方便的特点。首先,推导了驱动机构输出角位移方程、电磁调制非接触压电电机静、动态电磁力矩方程;其次,分析了电机的结构参数和激励信号参数对输出角位移和电磁力矩输出性能的影响规律;最后,制作样机并进行性能测试,通过理论计算输出力矩和实验测试值的对比,验证了理论分析的正确性,并给出了样机的驱动方案。结果表明:输出步进角随着驱动信号电压峰值的增大而增大,当驱动电压为150 V、频率为3 Hz时,输出步进角约为0.82°;而输出转矩受电磁调制机构的电压激励峰值和驱动频率的影响因素较大,驱动频率为3 Hz、调制电压为7 V时,输出转矩为6.1 N·mm。该类型压电电机进一步拓宽了非接触式压电电机的研究领域,为设计高精度、大扭矩的非接触压电电机提供借鉴。     

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.     

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。     

低压驱动Ⅴ形直线超声电机的设计

针对传统Ⅴ形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂,在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题,提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压Ⅴ形直线超声电机。在对Ⅴ形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上,设计了基于叠层压电陶瓷的Ⅴ形振子并进行了夹持装置的结构设计,进一步制作样机并开展了阻抗实验,测试了样机的外输出特性。实验结果表明:电机的驱动频率位于36～38 kHz,在37 kHz,50 Vpp的驱动电压激励下,其最大输出力为25.8 N,最高空载速度为1.221 m/s,可在低压驱动下输出大推力,直线超声电机的驱动性能得到了提高。     

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。     

双足型直线超声电机的实验研究

研制了一种新型直线超声电机,首先对其驱动机理进行了探讨,设计了电机的具体结构。其次对振子进行了频率响应实验,模态实验,实验表明电机可有效激励出所需振型。分别测定了电机的频率-速度关系、电压-速度关系、相位-速度关系。电机运行中正反两向运动灵活,工作状态稳定,速度基本与输入电压成正比,可采用调压调速;其最大无负载速度可达76 mm/s,最大输出推力2 N,达到了预期设计的目的。     

Output characteristics and experiments of a novel low frequency rotary piezoelectric motor

In order to improve the output performance of a piezoelectric motor under low driving frequency, a novel rotary piezoelectric motor driven by two piezoelectric actuators is proposed that is actuated based on harmonic and friction driving mechanism. The motor uses two piezoelectric actuators to drive two amplifying mechanisms with π/2 phase difference to produce harmonic motion, and then drives the rotor to rotate through friction force. Based on the driving principle, the electromechanical coupling equations of the motor are established. And a test platform is built to test the output characteristics of the motor. The results show that fluctuation of harmonic force and output torque occurs when the motor operates at different positions. Under the driving voltage and frequency of 150 V and 5 Hz, the actual average output torque of the prototype is 3.08 Nmm. Moreover, fluctuation of harmonic force and output torque occurs when the motor operates at different positions.

     

基于TMS320F2812的数字化超声电机驱动器

提出了一种基于TMS320F2812的数字化超声电机(USM)驱动控制装置.该装置由PFC电路、DC/DC变换电路、频率可调的半桥逆变电路和以高性能DSP芯片TMS320F2812为核心的控制器组成.PFC电路提高装置的功率因素;DC/DC电路实现电压宽范围调节;高频逆变电路实现频率和相位均可调的超声频交流电的输出,直...     

导电聚合物驱动器电化学机械特性的研究

采用自行搭建的导电聚合物驱动器弯曲特性测试实验系统,研究其电化学机械特性。对不同长度的驱动器施加0~1V低电压,测量其顶端弯曲变形量;通过分析驱动器弯曲位移与电压的关系及位移与频率的关系,建立电机械转换模型。实验测试结果表明,电压与驱动器顶端力成线性关系;当电压为0.8V、采样周期为0.02s时,随着频率的增大,驱动器的弯曲位移逐渐减小。最后通过不同尺寸驱动器举起重物,验证了驱动器宽度越大,顶端弯曲力越大;驱动器长度越长,顶端弯曲力越小。     

基于ICL7667实现步进电机高频斩波控制

为了提高小内阻步进电机驱动系统中功率MOSFET的开关速度,采用ICL7667作为功率MOSFET的驱动器,从而实现步进电机的高频斩波控制。首先,针对电阻分压式驱动电路测试和仿真中出现的功率MOSFET的漏级输出未处于截止和深度饱和状态的问题,对所采用的功率MOSFET的栅极电容特性、开关时间等进行了研究,发现栅极电容的充放电过程影响了功率MOSFET的开关速度。接着,提出了提高功率MOSFET开关速度的方法。最后,采用ICL7667作为功率MOSFET的驱动器实现了步进电机的高频斩波控制。仿真和试验结果表明：电阻分压式驱动电路在斩波频率不大于20kHz时,功率MOSFET的漏级输出能处于截止和深度饱和的状态;采用ICL7667的驱动电路,可以保证斩波频率为200kHz时,功率MOSFET的漏级输出仍处于截止和深度饱和的状态。采用ICL7667的驱动电路,使得其斩波频率比电阻分压式驱动电路的斩波频率提高了10倍,可保证小内阻步进电机在高速斩波信号的控制下正确运行。     

混合式步进电机无位置传感器的转子位置检测

借鉴永磁凸极同步电机无位置传感器控制原理,通过卡尔曼滤波理论和脉动高频电压信号注入法,在低速及零速下检测跟踪混合式步进电机转子位置.基于冲量等效原理和SPWM调制技术,实现步进电机驱动电压和高频电压的同时注入.     

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.