超声波电机的应用领域拓展

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声振动，并通过定子和转子间的磨擦来驱动转子运动的新型电机，工作原理不同于传统的电磁电机。本文简单介绍了超声波电机的发展历史及到目前为止超声波电动机的应用研究，并在此基础上指出超声波电机的发展方向。     

斜缝式结构压电复合盘径扭模式转换机理探讨

通过开狭缝的方法实现压电复合盘的径扭振动模式转换,并对其模式转换机理及径扭复合振动特性进行了分析和研究.基于机电类别原理,引入2个振动耦合系数,建立了压电复合盘径扭复合振动耦合机电等效电路模型,得出了其频率方程,探讨了狭缝的斜角对系统共振频率的影响.结果表明:复合盘共振频率随斜缝斜角增大而降低,与实验结果相吻合;该压电复合盘能够驱动转子转动,有望在超声波电机中获得应用.     

不同结构超声波电机振动特性解析

根据梁的振动基本理论,寻求适合不同结构超声波电机的振动理论与振动方程,分析了环形和柱体两类超声波电机的振动特点、固有频率及主振型.研究得出:分析计算不同结构超声波电机的振动特性应采用不同的振动理论.伯努利欧拉梁理论可以用来估算大直径环形行波型超声波电机的振动特性,但计算柱体行波型超声波电机的振动特性时必须采用铁木辛柯梁理论.     

剪切变形与转动惯量对超声波电机振动特性的影响

从梁的振动基本理论出发,寻求适合不同结构超声波电机的振动理论与振动方程,分析和计算了环形和柱体两类超声波电机的振动模态和固有频率,研究了剪切变形与转动惯量对超声波电机振动特性的影响.结果表明:估算大直径环形超声波电机的振动特性可采用伯努利欧拉梁理论;计算柱体超声波电机的振动特性时,必须考虑剪切变形和转动惯量的影响,即应采用铁木辛柯梁理论.     

振动片式压电电机定子的实验

为了电机结构的紧凑性,考虑无变幅杆定子的设计方案,设计制作不同结构振动片式压电电机,所设计电机的定子由压电换能器和振动片组成.通过对不同结构形式定子的样机的有、无变幅杆,以及不同倾角振动片电机输出特性的进行对比实验与分析.结果表明,振动片倾角值存在一个最优的匹配范围,而预压力存在一个最佳值;当电机尺寸较小时,可以省去变幅杆部分,使电机结构更加紧凑;振动片式驻波型压电电机在一定的条件下具有反转效果.     

纵-扭复合型超声波电机频率简并研究

通过增加纵振压电陶瓷晶堆的厚度来提高纵振动的幅度,可以使纵、扭谐振频率更为接近。试制了两种不同纵振陶瓷晶堆厚度的样机,通过实验分析,纵扭复合型超声波电机纵、扭频率的简并,此种设计方法是简单并且有效的。     

系列超声波电机的研制及其应用

描述了系列环形行波型、柱体弯曲振动型、新型步进型、多自由度等超声波电机的结构与工作原理 ,阐述了其在精密定位控制系统、汽车电器、航空航天等领域的应用前景 .其中 ,系列环形行波型、柱体弯曲振动型、新型步进型超声波电机达到了产业化的要求 .特别是直径为1 0 0mm的行波型超声波电机堵转转矩达到 2 .2N·m ,并获得了国家专利 ,新型步进型超声波电机最大负载达到 0 .1N·m .     

面内模态超声直线电机对比实验研究

对矩形薄板面内振动纵弯模式的直线型超声波电机进行了驱动机理、建模、设计制作及实验等方面展开研究,设计制作了两款定子结构相同,同时对其它方面包括压电陶瓷的分区极化、激励方案、驱动足位置等进行优化配置的两种样机,并进行了初步实验,对比研究与分析,发现双驱动足电机在稳定性及速度等输出性能上优于单驱动足电机。     

超声波电机的研发

项目提供单位：华侨大学机电及自动化学院。项目简介：超声波电机是20世纪末期发展起来的一种新型驱动电机。它的基本结构及工作原理完全不同于传统的电磁式电机,是利用压电材料的逆压电效应,把电能转换为机械能,进而将机械振动转换为直线运动或旋转运动。     

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。     

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.     

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.     

振动片倾角对超声波电机性能的影响

以振动片式驻波超声波电机为研究对象,设计并制作两台不同结构尺寸的样机,就不同倾角振动片对电机性能的影响进行对比实验.结果发现,振动片的角度值也存在一个最优的匹配范围,预压力有一个最佳的匹配值,以及换能器的预紧力大小对电机输出的影响十分敏感.在一定条件下(如驱动频率、振动片倾角、定转子间的预压力等),振动片式驻波超声波电机能够实现转子的反转效果.说明一般认为该类型电机只能单向驱动的结论并不准确.此外,转子的正反转效果与驱动频率、振动片倾角、定转子间预压力等因素有关.     

管道检测用圆弧形复合超声波振子设计

针对自主研发的球形管道检测器的定位需求,采用圆弧形压电陶瓷与检测器金属球壳本体相结合的方式,设计了一种圆弧形复合超声波振子.基于压电方程,采用直接耦合分析方法将机械参数和压电参数统一到同一个分析式中,对圆弧形压电陶瓷与金属球形壳体的耦合振动特性和机电能量转化效率进行理论分析.在此基础上,通过基于有限元的数值仿真方法对其进行模态分析和谐响应分析.经过分析可知:所设计的圆弧形复合超声波振子有两个明显谐振频率点,分别为52.1 kHz和76.2 kHz,而在76.2 kHz下的机械品质因素和有效机电耦合系数等性能指标均优于52.1 kHz,且主要振型为径向振动为主的有弯曲振动.经过对实际研制的圆弧形复合压电振子进行阻抗分析可见,实际主谐振频率为72 kHz,在不同工作频率下实际测量的驱动波形结果与仿真分析趋势一致.     

多振动片式超声波电机的设计制作

在单片式驻波回旋型超声波电机研究的基础上 ,设计制作一台多振动片式驻波回旋型超声波电机的样机 .通过样机实验及实验所得到的数据 ,绘出它的一些重要的特性曲线 .在此基础上 ,研究它的基本特性 ,为以后同类电机的研究和制作提供必要的数据 .     

分组激振旋转超声电机弹性振动分析

为解决电机受传统时空相位限制的这一难题,针对超声电机的激振问题,采用能量方法建立了定子弹性动力学模型.应用解析方法研究了压电片的分组对称拓扑对弹性振动特性的影响,揭示了拓扑结构与行波及驻波之间的映射关系,得到了产生行波的一般条件.结果表明:采用满足该映射关系的工作波数、压电片个数及其分组可生成期望的波动响应;该映射关系提供了保证振幅最大的压电片最优分组方式.研究结果有利于优化激振方式,提高超声定子的激振效率.     

基于AR双谱的超声波电机故障诊断

针对超声波电机在工作时发生故障难于监测与判断,提出一种高阶谱诊断超声波电机故障的方法.利用高阶累积量对振动信号建立AR模型,再对其进行参数化AR双谱估计.实验结果表明:与正常状况时的超声波电机AR双谱相比,故障状况时其双谱能量分布出现分散,峰值减少,同时等高线图和双谱切片也存在明显差异,因此可以作为故障诊断的依据.     

关联维数的超声波电机故障诊断

利用关联维数分析方法对超声波电机进行故障诊断,并针对故障诊断的实际情况,建构特殊实验平台采集故障振动信号.通过互信息法及Cao方法来确定相空间重构的2个重要参数,然后计算超声波电机在不同故障状态下的关联维数.结果表明,不同故障状态产生机制不同,其关联维数也不同,关联维数可用于故障的特征提取.通过分析不同状态下超声波电机...     

压电长棒弯曲振动模式研究

根据弯曲振动的特性,建立了压电陶瓷长棒的弯曲振动方程,给出振动解．结果表明,所建立的模型对压电棒的应用具有一定理论指导作用