一种新型圆柱定子3自由度球形压电超电电机

3自由度超声电机利用圆柱定子的3种同频共振模记（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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

永磁球形步进电动机及自适应控制方式

针对永磁球形步进电动机,运用卡尔丹角旋转建立了转子固连坐标系下电动机转子动力学模型.结合对步进式结构球形电动机进行电流控制的思想,设计了基于输入-输出稳定性理论的控制方案.然后,对电动机负载影响转子各轴向转动惯量的情况设计了一种新的自适应控制方案,使得转子在负载状况下仍然可以作连续轨迹(CP)运动.最后,结合已得的转矩模型,利用广义逆计算16个定子线圈的通电电流,完成了控制方案的实现.     

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.     

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.     

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．     

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.     

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.     

永磁球形步进电机三维运动电流控制仿真分析

针对Stein等人设计研制的永磁球形步进电机,在运用卡尔丹角旋转建立转子固连坐标系下动力学模型的基础上设计了转子三维运动电流控制的方案.在转子分别作定点(PTP)运动和连续轨迹(CP)运动的情况下整定控制参数,同时获得转子运动的期望转矩,并使用李亚普诺夫方法分析了运动控制的稳定性.最后按照期望运动的要求,结合已得的转矩模型,利用广义逆计算16个定子线圈的通电电流,进行了仿真实验.     

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．