超声波电机应用领域拓展探讨

超声波电机是一种将压电振子在超声域的振动能转换成机械能的电动机。传统的电机是靠电磁力旋转的,而超声波电机则应用压电元件产生的振动驱动移动体转动。本文主要探讨超声波电机的发展历史及其应用,并明确指出了超声波电机的发展方向。     

浅谈超声波电机

性能卓越的超声波电机（Ultrasonic Motor,简称USM）正是适应了这种发展形势的需要而出现的一种新型电机。本文对其工作原理,优异的性能及应用前景作了译述。     

微型超声波电机的研制

重点介绍了微型环型行波超声波电机的结构、行波的产生、椭圆运动的产生、驱动原理等,最后介绍了制作这种电机的实验结果。     

环型超声波电机结构及振动模式分析

论述了环型超声波电机的工作原理、结构设计方法和材料的选择；引入等效梁的概念，建立了环型超声波电机关键结构即定子复合振子的数学模型；求出了其振动模式的解析解；给出了仿真计算结果和设计的样机结构尺寸；并分析了定子表面粒子的椭圆运动及超声波电机的本质。     

液体媒质超声波电机驱动系统

为获得液体媒质超声波电机的最佳性能,针对其特点设计了驱动电路,由反向器构成的自激多谐振荡器产生频率可调的脉冲信号,将该信号作移相处理,产生 4路依次相差 90°的方波信号,驱动两路推挽功放主电路.利用设计的电路测得电机的实际驱动电压波形.该电路易于调节和控制,可满足对液体媒质超声波电机驱动和控制的要求.     

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.     

超声波电机驱动源的频率跟踪

针对超声波电机工作时对驱动源的特殊要求,设计了一种新颖的具有自动频率跟踪功能的超声波电机驱动源,结合理论公式和ＬＣ谐振曲线阐明了驱动源的物理工作条件,实验证明,该方案能够跟踪超声 电机工作点的变化,使其保持良好的工作状态。     

液体媒质超声波电机的饱和流速特性

为提高液体媒质超声波电机的最高转速，对电机的饱和流速特性进行了理论分析，得出液体媒质中声场的非线性是饱和流速产生的主要原因．在此基础上从液体性质和转子结构角度对其进行了重点的实验研究．在液体性质方面，从液体高度、液体浓度和非线性参数3方面分析了它们对饱和流速的影响，从中得出，存在一个最佳的液位高度和溶液浓度使饱和流速的值达到最大，且饱和流速和非线性参数呈反方向变化．在转子结构方面，从转子直径、叶片高度、叶片数和所用材料密度4方面对饱和流速进行了研究，得出了它们与饱和流速的关系，提出了从控制液位高度、液体质量分数、使用合适类型的液体和转子结构4方面提高电机最高转速，使电机能运行在较宽的范围，实验结果与理论分析结果相一致．     

使用模糊控制的超声波电机精密位置控制

针对超声波电机对控制输入存在死区效应这一关键问题,提出了使用模糊控制器控制两相输入电压相位差的方法,以建立超声电机精密位置控制系统．分析了模糊控制器的结构和原理,给出了设计方法。     

基于LabView+DSP的超声波电机测控系统

目前,超声波电机测控系统广泛采用NI板卡和示波器两种方式,主要用于获得超声波电机的速度与位置曲线。本文给出了一种基于DSP+LabView的超声波电机测控系统。实验证明,该系统可观测数据全面、存储方便、运行稳定可靠,有助于深入研究超声波电机的转速与位置特性。     

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 .     

直线电机的应用领域

本文结合直线电机的优点及发展历程,重点介绍了直线电机在国内外的主要应用领域,以及取得的重要成果。     

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.     

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.     

行波型超声波电机新型驱动控制电路的研究

由于超声波电机的工作原理及其驱动控制方式不同于传统的电磁型电机,针对超声波电机的驱动要求,研制了一套新型频率跟踪及调速装置,对该装置中硬件电路部分的实现作了详细介绍.     

一种环型行波超声波电机驱动电路的设计

文章介绍了一种两相行波超声波电机的典型驱动控制电路,以定子直径为60mm的环型行波超声波电机(RTWUSM)为例,通过分别设计振荡器、移相和功放三大电路,实现了RTWUSM60的正、反转控制、调频调速等功能.该电路具有简单、易实现、易维护等特点,被广泛应用于两相RTWUSM的试验和产品中.     

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.     

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.     

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.