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.

单相驱动旋转型驻波超声电机的运动机理

尽管单相驱动的旋转型驻波超声电机的原型样机早已研制成功 ,但对这类电机的运动机理的研究却一直局限在定性研究上。对于单相驱动的旋转型驻波超声电机来说 ,定子上的齿是运动传递的关键部分。因此对齿的运动特性的研究对进一步研究定、转子的摩擦接触过程有很重要的意义。以单相驱动的旋转型驻波超声电机为研究对象 ,通过假设定子的振动模态法对单相驱动的旋转型驻波超声电机的定子上的齿的运动特性进行了理论推导 ,并作了计算机仿真研究 ,得出了齿的运动轨迹以及速度曲线。

小型三相异步电动机单相驱动电路设计与仿真

在交流电路中,当有电容(或电感)支路存在时将导致该支路的电压与电流之间出现相位差,且通过改变由电阻、电容、电感所构成的RLC网络参数及其拓扑结构可实现大于120°相移。为方便在仅有单相交流电源的场合也能使用小型三相异步电动机,可结合三相异步电机在某一特定工作条件下所测得三相绕组的等效电阻和电感参数,并通过选择三相绕组所串接电容或电感量来获得120°相移的对称三相电源,经MATLAB/Simulink仿真验证该对称电源可用于小型三相异步电动机的驱动。

单相p型电机驱动机理及其结构设计

双相压电直线超声电机对驱动频率一致性要求高,给应用带来不便。单相驱动是解决上述问题的一种途径,单相驱动的直线超声电机设计要点是满足双向运动的驱动机理以及提高输出性能的结构设计。设计了一种新型的驱动足偏置的单相驱动双向运行的直线超声电机,功率传递路径短,推重比大。为研究电机驱动机理,建立了定子的有限元模型并对其工作模态、驱动足轨迹进行了分析;采用Ansys有限元对定子结构进行了优化设计并制作了原理样机进行了测试。测试结果表明,电机的双向运行性能良好,推重比大,有利于微型化。

单相压电电机驱动的高精度孔径光阑设计

为满足空间光学仪器小型化、轻量化、精密化需求,设计了一种单相压电电机驱动的孔径光阑。对压电光阑的整体结构进行设计,实现光阑结构与功能的一体化设计;以压电陶瓷和碳纤维为基体设计具有高强度和功率密度的压电定子;通过COMSOL有限元软件对复合压电定子动力学特性进行分析,以及进行模态频率一致性调节;最后对光阑动圈进行结构优化以及干扰模态分离设计。根据设计方案制作压电光阑样机,其质量仅为49 g,孔径可变范围为0.5~35 mm。实验结果显示:光阑完全放大与闭合时间分别为89 ms和92.4 ms,最小角分辨率为4×10^(-5) rad。该研究简化了光阑的组成和控制,使其在保证精度的同时,结构更紧凑,质量更小。

单相斜轨塔形直线超声电机设计与实验

对一种理论斜直线运动轨迹的单相驱动双向运动的直线超声电机进行了理论及实验研究。该电机由塔形定子和倾斜一定角度安装的导轨组成,定子的两个正交工作模态为y-z面内对称振动模态和x-z面内弯振模态,分别对应电机的正反运动方向,利用在工作模态下定子驱动足表面质点相对于导轨的理论斜直线运动来驱动导轨运动。分析了电机的工作原理,推导了电机运行的导轨倾角范围,研制了样机,并进行了模态实验和机械特性实验。实验表明:在导轨倾斜角为35°、激励电压500 Vp-p、预压力4.5 N下,当电机工作在y-z面内对称振动模态,电机正向运动,最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;当电机工作在x-z面内弯振模态,电机反向运动,最大空载速度为756 mm/s,最大输出力0.8 N。

单相短柱型直线超声电机的设计

提出了一种单相驱动的立式短柱型压电直线超声电机,论述了该电机的动作原理和设计过程。该电机利用纵向振动和横向振动的耦合模态工作。为获得同一驱动频率的一致的双向运动特性,该电机采用对称结构,利用压电陶瓷在短路和开路时弹性模量存在差异的特性,用单相驱动信号实现了纵向和弯曲耦合模态的有效激发。以增大电机弯曲振动模态前后振幅比为目标,利用三自由度集中质量的简化模型,优化了定子的结构。制作了电机的原理样机,对其进行了输出性能测试。实验结果表明,电机的输出性能良好。电机定子长22mm,自重3.3g,0.3N输出推力下最大速度达140mm/s,5N预压力下最大输出推力近1N。

自激励驱动的自走型直线超声电机

在已开发出的自走型直线超声电机基础上,介绍了一种基于自激励原理的无缆化驱动方案。论述了该自走型直线超声电机的结构设计和单相驱动原理,用有限元方法和激光扫描振动实验对该超声电机驱动端面能产生近似行波进行了验证,并说明利用自激励驱动的可行性,最后给出自激励驱动电路。自激励驱动使超声电机的驱动电源简化,对电机的小型化和低成本化有利,无缆化实现了电机驱动微型机器人的自如走行。

单相旋转型驻波超声电机的数学模型及仿真

尽管单相驱动的旋转型驻波超声电机的原理样机早已研制成功 ,但对这类电机的运动机理的研究却一直局限在定性分析上。本文将从能量角度 ,根据Hamilton变分原理 ,定、转子摩擦界面采用纯滑动模型建立了该种电机的数学模型 ;并根据此模型 ,用MATLAB语言作了计算机仿真 ,得到了该种电机的开。

斜动子与塔形定子构成的单驱双动超声电机

针对两相超声电机对模态频率一致性要求高及单相超声电机难于实现双向运动等问题,提出了一种单相驱动双向运动斜动子塔形直线超声电机。动子相对于塔形定子倾斜安装,利用塔形定子的面内对称模态或面内弯曲模态为工作模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对于动子的倾斜方向,实现动子正、反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角适用范围,对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明,在导轨倾斜角为35°,激励电压为500 V,预压为力4.5 N的条件下,面内对称振动模态工作时的最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;面内弯曲模态工作时的最大空载速度为756 mm/s,最大输出力为0.8 N。

单相驻波驱动的旋转型超声电机结构设计与试验研究

单相驱动的超声电机由于其驱动电路简单、设计灵活、结构紧凑等优点,受到越来越多的关注。但单相驱动的超声电机主要以直线型电机为主,且工作模态一般为退化模态,存在能量利用率低、频率易漂移等缺点。此外,现有旋转型单相驱动的超声电机存在输出性能差、不易装夹等问题,严重制约了其应用。为解决上述问题,提出了一种新型单相驻波驱动的旋转型超声电机,通过单一工作模态实现对转子的摩擦驱动。该超声电机的定子主要由压电复合梁和带驱动齿的圆环构成,在两组压电陶瓷片的交替激励下分别产生两相工作模态,并通过两相工作模态相互切换实现电机的双向旋转运动。首先,采用有限元分析方法计算得到了超声电机定子的几何尺寸和两相工作模态(包括共振频率和振型)。其次,通过测振实验对定子原理样机进行了振动特性测试,得到了定子的幅频特性、振型和驱动齿的运动轨迹,并与仿真计算结果进行了比较,验证了仿真分析的正确性。最后,装配了旋转型超声电机原理样机,并开展了性能测试实验研究。结果表明:在300 V激励电压、1 N预压力的条件下,超声电机原理样机在两个工作模态下的最大转速分别为123.9 r/min (顺时针旋转)和450.9 r/min (逆时针旋转),最大扭矩分别为1.058 mN·m和2.534 mN·m。有限元分析结果和实验研究结果均验证了所提出的单相驻波驱动的旋转型超声电机结构设计的可行性和工作原理的正确性,并为后续同类型超声电机的设计提供了新思路。

开关磁阻电机滞环-脉宽调制直接瞬时转矩控制

开关磁阻电机普遍存在转矩脉动较大的问题,文章提出一种针对不同相位,并结合滞环控制和脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的直接瞬时转矩控制策略。该方法工作在单相工作模式下,先分析了转矩在控制过程中出现波动原理,然后结合单相半桥电路制定了单相区和换相区不同控制方法。考虑到滞环控制器的在正负滞环限之间自由响应且无法进行控制的不足,将PWM等效策略引入滞环限间,达到优化转矩控制效果的目的。仿真和实验证明,这种将滞环策略和PWM策略结合的算法,充分考虑到转矩在不同条件下输出特性,优化的开关策略在不同工况下施加相应的绕组电压。相比于传统滞环控制,所提控制策略不仅实现了抑制转矩脉动,还优化了控制系统的响应时间和转矩超调。

月球车热控的关键技术

本文结合我国未来月球车热控技术发展的需求，针对月球车的热控要求介绍了小型CPL技术、相变储能技术、泵驱动单相流体回路、热开关和可变发射率热控器件等先进热控技术的研究进展，指出了它们的特点及应用领域，提出了相应的研究建议。