超声电机的接触磨损和机械特性

为了提高超声电机定子和转子接触性能,建立行波型超声电机有限元三维接触模型,通过在定子中性面施加行波运动方程,分析电机在空载和施加一定转矩工作时接触面质点沿径向滑移和周向滑移的大小,观察接触应力在接触面沿径向和周向分布情况,并分析在接触面不同载荷时驱动区域和阻碍转动区域的分布,提出新型摩擦层结构.结果表明:空载时接触面滑...     

中空环形行波超声波电机有限元接触模型

采用有限元法建立了佳能镜头上使用的中空环形行波超声波电机定转子接触模型.通过建立定转子有限元接触模型并在定子中性面上施加行波运动,得到定子齿表面质点的斜椭圆运动及其与转子的接触状态,比较了空载和堵转情况下定转子接触表面质点的法向和切向运动及定转子接触压力分布.空载和堵转时接触压力分布有明显不同,表明负载转矩对接触压力分布有影响.用实验数据对提出的理论模型进行了验证,理论分析结果与实验数据基本吻合.最后,对电机转子结构提出了改进方法,理论分析表明,采用改进后的转子,电机的转矩-转速特性有了明显改善.     

双定子单转子超声电机转子结构的优化设计

为了避免超声电机工作时,转子也发生振动,以双定子单转子行波型旋转超声电机为研究对象,建立了该电机转子的参数化有限元模型,运用灵敏度分析的方法,分析了转子的模态频率对各个结构参数的灵敏程度。在此基础上,运用有限元软件ANSYS的结构优化分析工具,对转子进行了优化设计。优化后的转子的模态频率远离了电机定子的工作频率。     

大力矩行波超声电机的性能

研制了一种新结构、大力矩行波型的超声电机。该超声电机中,压电片被粘接到金属体上构成振动体,作为转子,并与外壳接触。电机的外壳兼作定子。通过转子、定子之间的摩擦力驱动转子转动。这种电机结构除减少了单独的转子部件外,还提高了超声电机的力矩输出性能。利用有限元方法对电机的转子进行优化设计,计算了直径100mm的行波超声电机的转子的模态。根据设计制作出样机。并对样机性能进行了测试,堵转力矩超过了4N.m。该电机具有重要的应用前景。     

基于板簧支撑结构的3自由度超声波电机静力学分析

提出一种采用板簧支撑结构的3自由度球形行波型超声波电机.概述该电机基本结构和驱动原理,使用板簧结构较好地解决了球转子与行波定子之间的对心问题,定转子之间的预紧力更加均匀一致.通过坐标变换关系和定转子的位置关系,分析球转子的受力情况,给出定转子接触圆周的接触力关系式;根据球转子和各个行波定子的力平衡方程,得到球转子球心的微位移和定子的轴向压紧量与定子预紧力的关系并做了仿真,进而分析受力情况与电机结构参数对电机定转子接触的影响,形成了板簧结构的3自由度超声波电机的理论基础.研制样机的球转子直径40 mm,定子直径30 mm,实现的保持力矩0.09 N·m,空转转速90 r·min-1.     

双定子无轴承开关磁阻电机径向力解析模型

传统双绕组无轴承开关磁阻电机旋转转矩与悬浮力之间存在着复杂的耦合关系,而双定子无轴承开关磁阻电机结构上实现了转矩和悬浮力的独立控制,从而简化了控制的复杂性.基于双定子无磁阻电机的结构和运行原理,提出了一种考虑转子偏心影响的径向力分析方法,推导出了该电机的径向力解析模型.在建立内定子等效磁路的基础上,求取了由气隙磁导表示的悬浮绕组的自感和互感表达式,进一步分析出转子偏心位移、电机结构参数、悬浮绕组电流与转子径向受力之间的数学关系,与有限元分析结果比较验证了数学模型的正确性.该数学模型的重要贡献在于提供了转子偏心运行时径向力的解析计算方法,为双定子无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮旋转控制提供了基础,同时为磁轴承和无轴承类电机转子偏心时的径向受力分析提供了参考.     

行波超声波电机的动力学模型仿真

在Kirchoff薄板理论的基础上,推导了行波型超声波电机定子的振型方程,并根据该振型利用Hamilton能量变分原理,建立行波型超声波电机整体的机电耦合动力学模型.为了分析电机输出特性,模型中考虑了定转子间摩擦界面上的相互作用力.在该模型基础上,以定子直径100mm行波型超声波电机为例,分析其输出性能,分析了在施加100~700N轴向预压力情况下,电机运行特性及输出特性.最后测试了实际电机,结果表明,所给出的动力学模型仿真结果与测试结果吻合.     

行波旋转型超声电机定子和转子接触分析

为了提高行波旋转型超声电机的机械性能,根据超声电机柔性部分的特点,构建影响电机机械性能的4个主要参数(转子腹板厚度、定子腹板厚度、柔性部分宽度和高度).基于ANSYS软件仿真分析在相同边界条件下各影响参数对电机接触面接触应力分布的影响,优化结构参数使定子和转子接触应力均匀分布.仿真分析结果表明:在施加相同预压力条件下,定子和转子腹板厚度对于接触应力分布的影响最小,而柔性部分的宽度和厚度影响最大,最优结构参数设计为转子腹板厚度为1.0mm,柔性部分高度为2.0mm,柔性部分宽度为0.4mm,定子腹板厚度为1.6mm.     

行波型超声波电机定子环的运动研究

基于功能转换及守恒原理和行波型超声波电机的结构,分析和推导出行波型超声波电机定子环的振动方程、定子环的波动速度、定子环对转子环的推动力、定子环的合成转矩及损耗等,建立了行波型超声波电机定子环的等效电路,如再对转子环进行分析与研究,则为解决行波型超声波电机的数学模型提供了理论依据.图2,参10.     

行波型超声波电动机的运动研究

基于功能原理与行波型超声波电机的结构,分析了该电机的振动方程,行波型超声波电机的波动速度,定子推力及转子运动速度和力矩。建立了行波型超声波电机定子环及转子环的等效电路,为解决行波型超声波电机的数学模型提供了理论依据。     

行波型旋转超声电机定子振动特性仿真

为了了解定子直径为60 mm的行波型旋转超声电机定子的振动特性,采用有限元分析的方法,在有限元软件ANSYS10.0中对其进行了模态、谐响应、瞬态仿真分析.得到了其模态频率及振型;振幅及阻抗随频率的变化关系;定子齿端质点的椭圆运动轨迹的形成过程,及其输入电流随时间的变化规律.     

单相驱动的弯曲旋转超声电机数值模拟及试验

提出了一种新型单相驱动的弯曲旋转超声电机,建立了该型电机的有限单元模型.通过定子的模态分析,确定了关键工作参数;建立了动子和转子接触有限元模型,对其工作过程进行了瞬态分析,验证了该型电机的原理可行性;根据仿真分析结果,加工制造出该型弯曲旋转超声电机.初步研究表明:该型电机有比较高的空转转速和堵转力矩;驱动电源为单相,电源结构简单,样机制造成本低,提高了可靠性;样机机构实现了高转速、大扭矩、超精密的倾斜动力传输.因此该型电机可以作为精密倾斜动力传输机构.     

新型旋转行波超声电机设计及定子轴结构优化

为了提高超声电机的输出转矩及效率,解决电机在调节预压力过程中的困难,设计了一种双边驱动旋转型行波超声电机,并应用ANSYS软件对其进行了模态和谐响应分析.结果表明,新型行波超声电机可解决上述问题.在此基础上,以电机的输出性能最佳为目标函数,对定子轴结构进行优化,得到最佳尺寸为:定子厚度3mm,腹板厚度0.5mm,腹板宽度4mm.该优化结果为双边驱动旋转型行波超声电机的加工制作提供了参考.     

双转子永磁同步电机的磁路建模与磁场研究

为了研究双转子永磁同步电机的设计方法,本文对电机定子中异向旋转的耦合磁场进行了分析。引入定子铁心径向磁阻和切向磁阻,将双转子异向旋转产生的并联磁路和串联磁路交替问题简化为单一的并联磁路问题,建立了电机的等效磁网络模型。在内外转子上采用不同材料的永磁体,通过优化内外转子半径比,使两个转子产生等大反向的转速和电磁转矩,最后通过有限元分析方法验证了该方法的有效性。     

新型行波超声电机设计

提出了一种柱面驱动的新型超声电机,这种新型结构增大定转子之间的接触面积,不同于以往圆板或圆环行波超声电机的定转子间在以波峰为中心的球形区域接触,而是采用以圆柱母线为中心的矩形区域接触,从而提高了电机的转矩.运用ANSYS9.0对定子的振型进行模态及瞬态分析,并运用振动理论推导了电机的运动学方程,通过实验测试了该电机的性能.     

柱面行波超声电机机构及理论研究

本文提出了柱面驱动行波超声电机,利用压电陶瓷的逆压电效应激励出圆柱壳体沿圆周方向的非轴对称振动模式,壳体沿轴向振动是同步的,避免了定子上各驱动质点与转子间接触的不均匀性。给出了该电机定子上压电陶瓷的极化、分布及驱动方式,设计了电机的固定及施加预紧方式。采用有限元分析软件ANSYS9.0对压电陶瓷和壳体构成的定子结构进行了模态及瞬态分析,确定电机定子各尺寸参数。测试电机机械输出特性指标为：最大空载转速：64r/min,最大转矩：1.8N.m。     

行波超声波电机定子固有频率分析及实验

应用有限元方法,建立行波型超声波电机的定子结构的有限元模型,分析定子齿高、齿宽与槽宽比等不同结构参数对定子固有频率和定子振动的影响.结果表明,定子环从"无齿"到"有齿"变化,固有频率下降较快;随着齿高的增加,固有频率变化趋缓,却有助于增大振幅、提高电机转速;齿宽和槽宽比在设计时,宜取大于1.在自行研制的实验平台上,对所设计制作的行波型超声波电机样机的定子频率进行实验测定,发现有限元分析与实验测试结果相符合.     

一种新型圆柱定子3自由度球形压电超声电机

3自由度超声电机利用圆柱定子的 3种同频共振模态 ( 2个正交的弯曲摇摆振动和 1个纵向振动 ) ,两两分别叠加、合成 ,通过摩擦驱动球转子分别绕 3个轴旋转 .根据这一原理可将该电机改装成多自由度直线电机 .通过有限元方法设计定子的结构和模态 ,利用阻抗测试方法测得的定子共振频率、模态与设计相符 ,同时测量了球转子绕 3个轴的转速特性 .为了提高 3自由度圆柱超声电机的定转子传动效率 ,对圆柱型定子锥形端面作了进一步优化设计     

柱面驱动新型行波超声电机的研究

为增加定转子接触面积,使接触应力分布均匀,从而减少接触区磨损,提高电机的机械性能,利用壳体的非轴对称振动模式,成功地研制出一种柱面驱动新型行波超声电机．在设计的电机结构中,给出了压电陶瓷的极化、分布和驱动方式,运用有限元分析软件ANSYS9．0对定子进行了模态和谐响应分析,并运用振动理论推导了定子齿上的椭圆运动轨迹方程．实验表明,该电机在驱动电压有效值为150V、驱动频率为16．1kHz时,堵转转矩为1．8N·m,最大空载转速为64r／min,说明电机的连续运转性能良好,能够保证定转子之间的良好接触,使电机平稳转动,从而提高了电机的机械输出性能．     

多自由度超声波电机及其转子支持机构研究

应用有限元方法,设计和制作了一种能实现机器关节的多自由度超声电机.给出了一种正交轴承法转子支持机构,用于实现转子在机器手指关节中的应用.该电机定子由一个压电多层纵振子和一个夹心式弯曲振动换能器组成.多层振子较低电压下可在竖直方向产生较大振动位移.夹心式弯曲振子由两个纵向振动压电片和四个铜电极组成.在夹心振子上施加具有一定相位差的电压信号,会产生两个相互正交的弯曲振动.通过激励定子3种不同振动模式,可驱动位于定子表面的转子产生多自由度转动.测试结果表明:以多自由度超声电机作为驱动源,采用正交轴承法转子支持机构,可以有效增加机器手指关节的运动自由度.