A New Process and Technology for Rapid Prototyping of A μ-Micro Motor

A new process and technology of rapid prototyping for a μ-micro motor is presented as a nontraditional machining and an advanced manufacturing technology (AMT) to be realized by using masks, including the operation principle of the motor, structure design, technique, driven circuit, and quality examination with Raman spectrum. The μ-micro motor is fabricated by the micro electro-mechanical systems (MEMS) process, the structure design must be considered to fabricate or assembly the parts during machining the motor in the meantime. The research proved that integration of IC (integrated circuit) process and MEMS using masks is effective in obtaining the rapid prototyping manufacturing of the μ-micro motor. With the mature technique to fabricate the motor, there are advantages to produce the motor in short time and with lower cost than before. The motor is a common power source of micro machines in military and civilian applications, for example, applied to micro robot, micro bio medicine, and micro machine. The size of the motor is 190 μm in maximum diameter by 125 μm in height that is bulk machined in array with the number of hundreds of micro motors on a substrate.

Genetic Algorithms for the Optimal Design of Electromagnetic Micro-Motors

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Modeling and Analysis of a Micromotor with an Electrostatically Levitated Rotor

The modeling and evaluation of a prototype rotary micromotor where the annular rotor is supported electrostatically in five degrees of freedom is presented in order to study the behavior of this levitated micromotor and further optimize the device geometry. The analytical torque model is obtained based on the principle of a planar variable-capacitance electrostatic motor while the viscous damping caused by air film between the stator and rotor is derived using laminar Couette flow model. Simulation results of the closed-loop drive motor, based on the developed dynamic model after eliminating mechanical friction torque via electrostatic suspension, are presented. The effects of the high-voltage drive, required for rotation of the rotor, on overload capacity and suspension stiffness of the electrostatic bearing system are also analytically evaluated in an effort to determine allowable drive voltage and attainable rotor speed in operation. The analytical results show that maximum speed of the micromotor is limited mainly by viscous drag torque and stiffness of the bearing system. Therefore, it is expected to operate the device in vacuum so as to increase the rotor speed significantly, especially for those electrostatically levitated micromotors to be used as an angular rate micro-gyroscope.

Electromagnetic analysis and design of in-wheel motor of micro-electric vehicle based on Maxwell

To obtain a good drivability and high efficiency of the micro-electric vehicle, a new driving in-wheel motor design was analyzed and optimized. Maxwell software was used to build finite element simulation model of the driving in-wheel motor. The basic features and starting process were analyzed by field-circuit coupled finite element method. The internal complicated magnetic field distribution and dynamic performance simulation were obtained in different positions. No-load and load characteristics of the driving in-wheel motor was simulated, and the power consumption of materials was computed. The conformity of the final simulation results with the experimental data indicates that this method can be used to provide a theoretical basis to make further optimal design of this new driving in-wheel motor and its control system, so as to improve the starting torque and reduce torque ripple of the motor. This method can shorten the development cycle of in-wheel motors and save development costs, which has a wide range of engineering application value.

Power Supply of Macro-Micro Driven Linear Piezoelectric Motor

To investigate a novel macro and micro driven linear piezoelectric motor composed of an ultrasonic motor with macro movement and a piezoelectric actuator with micro movement,a digital signal processing(DSP)based macro and micro power supply is designed,which fits the new linear piezoelectric motor.The power supply comprises a control circuit,a voltage conversion circuit,an amplifier circuit,a half-bridge module,an optical isolatorsdrive circuit,etc,where the DSP of TMS320F28335 is used as the controller.When the linear piezoelectric motor working in a macro driven state,the power supply outputs alternating currents with high frequency and high voltage,which drives the linear piezoelectric motor dynamically at an ultrasonic frequency;while working in the micro driven state,the power supply outputs direct currents with high voltage,which drives the linear piezoelectric motor in micro driven statically.Here a prototype of the macro-micro power supply is designed.After a series of experiments on the power supply with and without loads,the results show that the power supply can drive and control the macro micro driven linear piezoelectric motor,and realizes quick and seamless switch between macro and micro drive.In addition,the power supply can drive and control the ultrasonic motor or piezoelectric ceramic micro actuator individually.The power supply achieves the multiple parameters of output signals adjustable simultaneously and exhibits good control characteristics.

基于ALIF-GAF-AlexNet的微电机故障分类

微电机是一种重要的动力驱动元件,其诊断过程并不复杂,但人工听音比较低效且诊断结果片面,投入大量的人工对其进行分类是不合理的。为了提高微电机的诊断效率和实用性,提出一种诊断方法。使用自适应局部迭代滤波方法来降低噪声,然后用格拉姆角场将特征提取后的声音信号转换为图像,将转换后的图像应用深度卷积神经网络模型进行分类研究。基于微电机声音信号实验采集装置,对采集的数据应用所提出的方法进行故障诊断分类,并与其他方法进行比较。结果表明,该方法比其他方法具有更高的分类精度,准确率达到94.1%。

多足式微型直线超声电机定子的设计与仿真

针对小空间、低电压、大驱动力的应用需求,提出了一种基于单弯曲振动模态的多足直线式微型超声电机。根据超声电机的驱动原理对定子结构进行设计,利用有限元软件ANSYS Workbench建立定子的动力学仿真模型,对定子进行结构优化及动力学分析,确定定子最终尺寸为8 mm×1 mm×0.6 mm,定子实测B3,B4模态谐振频率与仿真相比误差分别为6.99%和5.46%。最后,建立电机定、动子之间的非线性仿真接触模型,验证了超声电机双向驱动的可行性。搭建微型直线超声电机驱动性能测试装置。实测结果表明:当驱动电压为60 Vpp时,最大空载速度为53.3 mm/s、最大负载为43.3 mN,推重比达280。该微型超声电机原理可行、结构简单紧凑,具有良好的输出性能,在光学系统、精密定位系统和移动终端等精密驱动领域有着广阔的应用前景。

人工血泵用空心杯电机设计

为了改善目前血泵用电机存在的稳定性差、效率低等问题,课题组设计了一种电枢直径为4.8 mm,转速为35000 r/min的血泵用空心杯微电机。结构上采用空心杯结构,以避免齿槽效应、减小涡流效应;基于ANSYS Maxwell有限元分析软件,采用RMxprt模块对空心杯电机进行了结构设计和性能分析,采用Maxwell3D模块建立了空心杯电机的三维有限元仿真模型,在此基础上通过静态磁场、空载和额定负载下的仿真,获得了空心杯电机工作状态下的电磁数据,并对该空心杯电机的电磁设计性能进行了分析。结果表明:实验所设计血泵用空心杯电机结构设计合理,电磁性能良好,空心杯电机效率约为79%。该研究为血泵用空心杯电机的设计与优化提供了参考。

核酸提取装置的移液精度优化设计研究

为了提高核酸提取装置的移液精度和稳定性,以基于空气置换原理、活塞驱动方式的移液模块作为研究对象,提出了一种基于正弦函数的S型加减速曲线算法,并将其与匀加减速、抛物线型加减速曲线算法进行了仿真对比和实验验证。结果表明:采用基于正弦函数的S型加减速曲线算法的核酸提取装置,在移液量为10μL、20μL、50μL、100μL和200μL的不同工作条件下,移液精度均取得了显著的提升,同时实验数据的CV值满足JJG 646-2006移液器检定规程。

基于Zigzag柔性簧片的大行程XY精密运动平台

通过采用Zigzag柔性簧片作为导向机构,提出了一种具有大行程、高精度、高频响、低应力的并联式XY二自由度精密定位平台,满足精密运动的需求。提出了以Zigzag柔性簧片单元为核心导向梁的柔顺精密运动平台结构,并采用音圈电机进行驱动,实现3 mm×3 mm的运动范围和60 Hz以上的固有频率。对Zigzag柔性簧片和传统直梁柔性簧片进行有限元仿真分析对比,验证Zigzag柔性簧片运动性能的优越性。接着,对XY两自由度运动进行解耦设计,减小运动带来的寄生(耦合)误差。运用有限元分析对平台进行优化,针对高频运动引发的疲劳损伤问题,改进定位平台的构型,降低最大应力,延长平台工作寿命。分析结果表明:该平台满足运动和解耦性能的设计要求,其寄生误差为0.012%,能够实现大行程以及较高频率的运动,并且响应快速,动态特性良好。实验结果表明,定位平台的固有频率达到60 Hz,开环分辨率达1.3μm,可实现XY方向±1.5 mm行程的运动。

道路交通排放对周边环境影响的分析——以兰州市安宁区学府路为例

探究城市道路中机动车污染物的排放对周边环境的影响,对环境治理起着至关重要的作用。通常通过分析污染物的影响因素,来建立排放模型。根据研究尺度的不同,将应用较广泛的模型进行划分,并对模型原理、应用及存在不足等方面进行归纳和总结。为了探究学府路道路污染状况,选取COPERT模型进行污染物排放量的测算,并使用ANSYS软件模拟了道路交通排放对学府路周边环境的影响,得出了污染物地图。结果表明:学府路工作日内4项主要大气污染物NO_(2)、CO、PM_(2.5)、PM_(10)排放量分别为67.7、269.1、15.1和22.8 t。数量占10.0%的轻型货车排放贡献较大,分别占机动车NO_(2)和PM排放总量的50.5%和69.1%。通过模拟值与实测值的对比发现,COPERT模型对于中观尺度的研究具有较好的支撑。

微纳马达的货物运输和操纵技术研究进展

微纳马达拥有广阔的应用前景,近年来得到广泛关注。作为微纳马达应用中的关键技术,微纳尺度的货物运输和操纵成为研究的重点。概述了微纳马达及货物运输和操纵技术的相关应用领域,重点阐述了货物运输和操纵机制,总结了目前内源驱动和外场驱动两种运输机制,外场作用力以及表面力两种操纵机制的研究进展,分析了各驱动机制的优势与不足,归纳了货物运输和操纵技术在药物靶向交付、环境修复及生物传感领域应用的研究现状。通过对比各项技术方案中微纳马达的移动速度、负载率以及释放率等技术指标,分析了各方案的优缺点。最后,分析了目前货物运输和操纵技术在人体复杂生物环境和大规模生态环境修复领域等应用中所面临的典型问题,指出了货物运输和操纵技术的发展和应用趋势。

汽车用微电机齿轮装配工位数字孪生系统研究

为了解决某汽车用微电机的齿轮装配工位因压头压力过大、过小和无压力导致的各种品质问题,文章提出建立数字孪生系统。此系统能够实时展现实物工位的运行状况和压头的位移和压力值,能对压力值异常情况进行故障报警和诊断。经过一周的试验测试,产品的合格率提升40%,达到99%以上,解决因大量不合格品的返修而造成的时间和成本的浪费问题,说明数字孪生系统的应用能够大大提升智能制造的水平,实现产品品质和效率的提升,最终使得成本降低。

基于电子阀工况的永磁步进电机剩余寿命预测

微型永磁步进电机作为电子阀核心器件,其运行状态对电子阀能否正常执行操作有着直接影响。为了准确掌握电机剩余寿命情况,提出了一种考虑个体差异Wiener过程的剩余寿命预测方法。首先通过分析电机性能退化失效过程,选取相电流有效值作为性能退化特征量;其次由于同型号多台电机同时参与实验,建立考虑个体差异Wiener过程的电机性能退化模型并基于EM算法进行参数估计;最后,设计一种将启停次数作为电机剩余寿命参考的实验,并与基于传统Wiener过程的预测结果进行对比。实验结果表明所提方法平均预测误差下降了3.74%,具有更高的预测精度。

大行程推拉电磁驱动微定位平台的内环阻尼与迭代学习控制

为了解决音圈电机驱动柔性微定位平台驱动力小和低阻尼谐振等问题,本文采用两侧音圈电机的推拉模式来提升驱动力的大小,并且利用内环阻尼控制器结合迭代学习控制方法来实现平台的精准控制。首先,搭建了互补配置的双音圈电机驱动双平行四边形柔性机构的微定位平台。其次,设计了内环阻尼速度反馈控制器。然后,采用逆模型迭代学习控制方法来进一步消除周期性的干扰和误差。最后进行了跟踪实验。结果表明:在跟踪1 Hz和2.5 Hz的正弦波时,相比于PI控制,最大误差分别减少74.6%和68.6%,满足微定位平台精准控制的要求。

Rockwell Micro800PLC与Power flex变频器控制电机

Rockwell Micro800系列PLC通过Ethernet/IP端口接入Ethernet中,与其他的通讯设备相连接,因此可以将PLC与Power Flex变频器进行连接,然后通过在变频器的组态界面中添加外接设备后,进行实际设备的连接,如此将PLC与变频器和电机连接在一起。通过在Micro800控制器的编程软件中编写程序,通过上传设备信息和下载程序到PLC中来实现对电机的正反转和启动停止等控制,还可以修改变频器的参数来达到改变电机状态的目的。

音圈电机驱动微定位平台线性自抗扰滑模控制

针对音圈电机驱动柔性微定位平台控制速度和精度低以及抗干扰能力弱等问题,设计了一种将滑模控制和线性自抗扰控制相结合的复合控制器来提高平台系统的控制性能。首先,搭建了音圈电机驱动复合双平行四杆柔性机构的微定位平台和实验系统,并进行了系统辨识;其次,设计了线性自抗扰控制器,利用线性扩张状态观测器估计系统的内外扰动并在线进行扰动补偿,针对线性自抗扰控制器性能优化上的局限性,提出滑模控制器解决相位滞后问题来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所搭建的实验平台对控制方法进行了实验验证。结果表明,滑模和线性自抗扰复合控制器能够很好地克服内外干扰,与经典PID控制和单独的线性自抗扰控制相比,跟踪正弦波信号的最大误差分别减小了52.98%和21.26%,满足了微定位平台高精高速的控制要求。

基于MICRO Ⅱ的YB95A条外透明纸独立传送装置

为解决YB95A条外透明纸包装机在透明纸展开切割和传送过程中出现透明纸偏移、长度变化等问题，借鉴YB917条外透明纸包装机的透明纸传送原理，通过增加伺服电机、传感器、编码器和电控程序等，将YB95A条外透明纸传送由主传动驱动改为伺服控制的独立传送，将独立传送装置的电控部分融于MICROⅡ控制系统，控制程序加入到MICROⅡ控制软件中，通过调整IPC（Industrial Personal Computer）的相关参数对透明纸长度和搭口位置进行调整。结果表明，透明纸传送误差由±2mm降低到±0．5mm，实现了透明纸切割长度、传送位置的自动调整；条烟废品率由20～25条／d减少到0～2条／d，有效提高了卷烟包装品质。改进后YB95A条外透明纸包装机适用于彩膜包装，满足了现代卷烟企业对包装材料多样化的需求。

基于分数阶PID的宏微复合驱动器宏动控制策略

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和次最优的方法对控制器进行参数整定;通过数值仿真和实验验证了分数阶PID控制器的有效性。结果显示,采用分数阶PID控制器相较于传统PID控制器在5 mm以及更大定位行程中位移超调量下降超过57%,调节时间减少超过24%,且行程越大驱动器采用分数阶PID控制器控制效果越明显。研究结果表明,分数阶PID控制器在宏微复合驱动器宏动系统中的控制效果明显优于传统PID控制器。

基于峭度原则的VMD-SVD微型电机声音信号降噪方法

微型电机运转时的声音信号包含丰富的状态信息,可用于生产线上电机的快速检测,但由于待测电机体积小、声音能量低,采集过程中声音信号易与环境噪声耦合,导致声音信号提取和检测不准确。该文通过研究电机组成结构,分析声音信号频率成分与成因,得到该文研究电机的声音信号3倍频谐波特点,提出一种基于峭度原则的VMDSVD算法对电机声音信号进行提纯降噪,该算法采用VMD分段原理,对各分段信号进行SVD分解,提取谐波特征,利用峭度原则优化VMD参数选取。首先通过仿真信号对比实验,验证了该文算法具有更好的降噪效果和降噪性能指标。而后,将该方法应用于微型电机实测声音信号,测试结果表明提出的基于峭度原则VMD-SVD算法具有良好降噪效果,能够显著提高原始信号信噪比,更利于后续特征提取和故障检测工作。