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。     

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.     

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.     

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.     

双定子旋转型超声电机径向滑移现象的仿真分析

本文针对双定子单转子旋转型超声电机工作时存在的径向滑移现象,采用有限元法对其进行了分析.首先,通过建立单一定子的有限元模型并在定子中性面上施加行波运动方程,得到定子表面质点在三维空间中的运动有沿径向的位移分量,这将导致径向滑移;然后,建立定转子有限元接触模型,同样在定子中性面上施加行波运动方程,得到了定子与转子的接触状态,验证了径向滑移的存在;最后,通过不断改变其中一个定子中行波的相位,分析不同相位对径向滑移的影响,经分析发现径向滑移最小时,行波相位差为180°.仿真结果对双定子单转子旋转型超声电机的设计具有重要的指导意义.     

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。     

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.     

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...     

行波型三自由度超声波球电机的静力学问题

多自由度超声波球电机适用于机器人的肩腕关节驱动.文中分析了三自由度超声波球电机的原理和结构,指出其存在的基本问题;建立了三自由度超声波球电机的坐标变换关系,通过转子受力的力平衡方程,给出转子球心的位移和定转子接触面转子形变量及其力分布的关系式,以此为基础讨论了这种电机的基本关系.     

A nut-type ultrasonic motor and its application in the focus system

This article reports a screw-driven polyhedron linear ultrasonic motor （USM） of nut-type. It is comprised of a stator, which is a threaded metal nut bonded with piezoelectric plates on its external surface, and a rotor with external threads, which engage with the internal threads of the stator. A traveling wave in the plane is stimulated on the stator when harmonic electric signals are applied to the piezoelectric plates. The traveling wave drives the rotor to rotate, and the threads transform the rotation into a linear motion. The lens can be fixed in the rotor and realize the integrated design of the auto focus system. This structure can omit retarder and directly drive to obtain a high accuracy of positioning, and it is shockproof. A mini AF cellular phone module （8.5 mm×8.5 mm×5.9 mm） driven by this motor was made and an image resolution of 3-5 MP was obtained in the module prototypes of the cellular phone.     

新型锥面驱动超声电机的实验研究

为了解决传统超声电机运转不平稳,驱动力矩小的不足,提出了一种新型结构超声电机,它不同于以往电机定转子之间动态过程中为点接触的结构形式,采用了定转子之间动态过程为线接触的结构.设计出了电机整体结构以及驱动电路,并详细给出了电机运行的激励方法;应用有限元软件ANSYS计算出了电机定子的工作频率和模态,最后通过实验验证了此种新型电机的性能.     

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     

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.     

一种压电超声马达的工作原理

定性介绍了压电陶瓷技术研究所研制的一种压电超声马达的工作原理。通过定量建立和解压电定子的振动方程,得出定子驱动端轨迹为椭圆这一推动转子转动的关键,并对转子材料提出一些要求。     

In situ structure of the complete Treponema primitia flagellar motor

The bacterial flagellar motor is an amazing nanomachine: built from approximately 25 different proteins, it uses an electrochemical ion gradient to drive rotation at speeds of up to 300 Hz (refs 1, 2). The flagellar motor consists of a fixed, membrane-embedded, torque-generating stator and a typically bidirectional, spinning rotor that changes direction in response to chemotactic signals. Most structural analyses so far have targeted the purified rotor, and hence little is known about the stator and its interactions. Here we show, using electron cryotomography of whole cells, the in situ structure of the complete flagellar motor from the spirochaete Treponema primitia at 7 nm resolution. Twenty individual motor particles were computationally extracted from the reconstructions, aligned and then averaged. The stator assembly, revealed for the first time, possessed 16-fold symmetry and was connected directly to the rotor, C ring and a novel P-ring-like structure. The unusually large size of the motor suggested mechanisms for increasing torque and supported models wherein critical interactions occur atop the C ring, where our data suggest that both the carboxy-terminal and middle domains of FliG are found.     

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.