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．     

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.     

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。     

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.     

旋转行波超声电机预压力的特性

叙述了超声电机稳态转速和堵转力矩在不同预压力下的仿真和实验研究,超声电机输出特性与预压力的关系可由超声电机的解析模型推导出来,稳态转速和堵转特性的仿真研究是利用迭代算法和ＭＡＴＬＡＢ语言来完成,最后利用光电测速仪和砝码完成相同的实验研究,研究结果表明：堵转力矩与预压力成正比,而稳态转速在特定的压力下有最大值。     

行波超声电机动态控制模型的研究

对行波超声电机的控制模型进行了研究，并建立了等效动态振动模型。通过仿真分析其激励电学参量对定子振动的影响。利用日本新生株式会社USR60行波超声电机的实验数据对仿真模型进行比较和实用性验证，从而为有效的高性能超声电机控制提供必要的模型参考根据。     

环形行波超声电机非工作模态的影响及检测

为了研究非工作模态振型对环形行波超声波电机运行性能的影响,在参考理想环形行波超声波电机接触模型的基础上,将相邻高阶模态振型与工作模态振型相结合,构建新的接触模型,并采用解析法推导非工作模态影响下的环形行波超声波电机的输出特性.结果表明:电源频率距离工作模态频率越远,非工作模态振型占比越高;相同预压力和负载情况下,非工作模态振型占比越高,转矩转速波动越厉害;轻载时预压力越大,转速转矩波动越大,重载时情况与轻载时相反.由理论和试验分析可知,非工作模态振型对电机输出的影响较大且比较复杂,研究成果有助于为环形行波超声波电机的控制方案设计提供有价值的参考.     

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.     

超声旋转行波马达研究

采用解析法求解了环形行波超声马达定子振动的幅频特性，并在此基础上，依据马达转子的动力学方程，建立了定子与转子间的接触数学模型，从理论和实验两个方面分析了输入激励电源频率及电压大小变化对马达输出机械特性的影响，结果表明，超声马达的输出特性与激励电源的参数密切相关，在谐振频率附近，马达的阻转力矩和输出转速都有较大增加，增加驱动电压，阻转力矩和输出转速将单调增大。     

H形直线超声电机振子的结构分析及模态优化

在纵、弯复合模态直线超声电机的基础上,提出并试制了一种新型的直线超声电机。通过解析法确定振子两侧直梁的长度和厚度范围;完成了H形振子的结构设计,确定了振子的柔性支撑方案。利用ANSYS软件对H形压电振子进行了优化设计。根据优化设计结果,试制了原理样机。实验结果表明:振子的实测谐振频率与有限元计算结果有一定的偏差。实测的频率比有限元计算值要低,其原因是在测试时,振子的边界条件与有限元计算时相比发生了变化。     

纵扭型超声电机的实验研究

为提高纵扭型超声电机工作的稳定性,利用超声电机驱动实验平台和一台直径45mm的纵扭型超声电机,研究了预压力和驱动信号的变化对电机性能的影响。结果显示,预压力、两相驱动信号的幅值、频率和相位差等因素的变化会引起电机定子纵、扭振动相位差的变化,进一步引起电机转速和转矩的变化,使得电机不能稳定工作。通过对这些现象进行分析,认为将纵、扭共振频率调整得尽量一致,并采用调相调速有利于电机稳定工作。     

行波型超声电机的稳定性分析

在行波型超声波电机数学模型的基础上,研究了其稳定性。首先利用李雅普诺夫稳定性判据对超声电机驱动区间和制动区间的3种情况进行了分析,在研究数学模型基础上完成了超声电机的模型仿真、讨论和仿真验证;其次,在超声电机稳定性的分析基础之上,通过对驱动制动区间关系曲线和转速转矩关系曲线的分析得出了速度、转矩和预压力3者之间的关系,并做了超声电机运行稳定性的仿真讨论。研究表明：超声电机在满足李雅普诺夫平衡条件时,驱动区间的最大极限值是定子与接触层的边界接触点,即x1=x0。对速度、转矩和预压力3者之间关系展开分析,为超     

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.     

面向21世纪的超声电机技术

叙述了新型微特电机--超声电机的特点，回顾了20世纪末期超声电机的发展和应用情况，介绍了南京航空航天大学超声电机研究中心在超声电机研究方面的进展，预测了21世纪国内外市场对超声电机技术的需求，列举了超声电机技术在我国国防和国民经济各部门的应用前景，指出了超声电机技术的发展趋势，针对我国超声电机技术开发和研究的现状，提出了为发展我国超声电机技术亟需解决的若干关键问题。     

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.     

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.     

超声电机驱动电源频率跟踪系统的研究

本文在研究超声电机对双相驱动电源的特殊要求的基础上,设计了一套针对超声电机驱动电源用的频率跟踪系统,同传统的超声电机用的双相电源中的频率跟踪系统相比,此系统具有可以在一定范围内测试出超声电机的谐振频率点,并能准确跟踪到谐振频率点的变化等优点.     

纵弯复合多自由度超声电机的研究

提出了一种新型单振子多自由度超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度驱动轨迹,驱动转子多自由度运动,其输出端驱动质点运动轨迹的大小和方向可以通过两正交换能器的复合激励进行矢量控制,可以产生3种改变运动方向的正交椭圆轨迹.对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并,建立了驱动足的运动轨迹方程,并分析了典型驱动方式下驱动足的运动轨迹.研制了一种基于单振子纵弯换能器驱动的多自由度球形超声电机,该电机具有结构紧凑、绝对输出力矩大、驱动简单等优点,从根本上解决了多振子驱动形式带来的各驱动振子之间的相互干扰和阻碍问题.实验测试样机绕X、Y轴旋转时,输出转距为0.97 N·m,最高转速为11 r/min,绕Z轴旋转时,输出转距为0.27 N·m,最高转速为66 r/min.     

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...     

纵扭型压电超声电机的摩擦特性仿真研究

建立了纵扭复合型压电超声电机输出扭矩的数学模型 .根据模型讨论了预压力Fpre、纵振激振电压VL、扭振激振电压Vt、摩擦力f、电机的输出扭矩Mout、转子转速ωR 和扭振子振动速度ωV 等的关系 .在实验中发现 :电机的最大输出扭矩并不总是随扭振激振电压Vt 的增大而增大 ,当扭振子输入电压达到 30 0V以后 ,电机的最大输出扭矩不再增加 ,而是有一最大值 ,当扭振子输入电压达到 35 0V时 ,电机的最大输出扭矩达 1N·m .可用上述模型解释这种现象 .模型的仿真结果和实验结果相对吻合