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

The genetic algorithm (GA) to the design of electromagnetic micro motor to optimize parameter design. Besides the different oversize from macro motor, the novel structure of micro motor which the rotor is set between the two stators make its design different, too. There are constraint satisfaction problems CSP) in the design. It is shown that the use GA offers a high rate of global convergence and the ability to get the optimal design of electromagnetic micro motors.

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.

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。

造纸技术中一种小型电机的启动测试

电机受研发和生产等各种因素影响,其性能参数与指标会发生变化。造纸技术中小型电机的启动测试是非常重要的一步。启动测试能在电机运行的初始阶段将电机的各种性能参数进行检测,避免在电气设备运行过程产生安全问题。基于此,介绍电机测试技术及发展趋势,以微型直流电机为研究对象,重点介绍小型电机的启动测试。该测试系统包括硬件设计、软件设计、仿真模拟及调试分析,采用PLC-1200控制器实现的小型电机的启动测试系统全过程自动化有助于提高生产效率并减少安全隐患。

微型电机声学质量检测小样本机器学习方法研究

为了解决微型电机声学质量检测人工手摸及听诊方法存在的主观误判率高、效率低下等问题,同时兼顾检测结果准确率和检测模型构建的快速性,提出了一种小样本机器学习检测方法,其根据微型电机传动链物理模型进行多维声学故障特征提取,在此基础上,采用粒子群优化算法对支持向量机这种小样本学习方法的核心参数进行优化,从而提高模型判别的准确率。试验结果表明,该方法能够有效判别微型电机异常振动和声音,准确率达到95%以上。

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。

选煤厂电动环链提升机智能控制研发与应用

基于老旧厂房设备布置紧凑,空间位置有限,且电动环链提升机一般由操作手柄、控制线组成,远距离运输过程中极易损坏电源线及控制手柄,一旦发生链条断裂、钩头掉落、主机失控等故障后,人员无安全躲避空间,造成人身伤害等问题,基于“无人则安,安全高效”理念进行智能化改造,针对目前存在的问题提出具体改造措施,并对改造创新点和改造效果进行分析。将传统操作手柄改造为远距离遥控操作,同时增加微电机综合保护,实现电动环链提升机操作安全便捷,起到防止超重、歪拉斜拽等不安全行为,实现安全、高效作业。

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。

基于优化粒子群算法的微纳卫星电机参数整定

针对传统PID控制器控制无刷电机时系统响应慢、速度波动大的问题,以及手动整定大规模电机参数繁琐重复的问题,采用了一种基于粒子群优化算法的无刷直流电机PID参数整定方法,用于确定电机闭环控制系统中PI控制器的参数。首先建立磁场定向控制技术驱动的无刷直流电机控制系统仿真模型,然后在此模型上应用优化粒子群算法进行参数整定优化的迭代过程,得到整定后的控制器参数结果。分析优化粒子群算法整定后的电机速度响应和力矩输出情况,并与传统手动整定结果和其他算法的整定结果进行对比。实验结果表明,提出的优化粒子群算法整定的控制器速度响应更快并且输出力矩更稳定,并且对电机参数的小幅度变化有鲁棒性,该方法可以适用于大规模同类别同批次的电机控制器参数标定。

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。

微型高功率密度无刷电动机设计分析

针对微型高功率密度无刷电机,从极槽配合选择、提高仿真计算结果准确性方面对其进行分析,并设计一款产品进行加工生产及试验,验证了设计方法是合理有效的。

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。

Development of the Atomic Force Microscopy Research Technique for the Nanostructures on the Vertical Edge of Thin Insulating Film

In this work, a development of a method of a thin insulating film vertical edge visualization of metal-insulator-metal （MIM） memory cells with atomic force microscopy （AFM） using a modified Omicron UHV AFM/STM microscope was performed. This included a development of a technique of the AFM visualization of segments of a vertical edge of thin insulator SiO2 film structures on a conductive substrate, a comparison of AFM topography and current profilograms for the edge profiles, and an Omicron microscope custom upgrade. The latter allowed us to perform the AFM probe positioning to any specific area of the sample in the scanning plane by two coordinates with an order of precision of 1 micrometer. The method is illustrated with the experimental results of AFM investigations of the special MIM structures with comb-type topology, and of the cells of functioning memory matrices with 20 nm thin silicon dioxide film open edge perimeter and TiN lower electrode, including topography/current profilograms. As a conclusion, our ongoing work on the AFM visualization of a complete perimeter of a SiO2 open edge of memory cells with a special new topology with a goal to visualize conductive phase nanoparticles during switching processes is briefly overviewed.

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。