行波型方孔定子超声电机结构设计与性能分析

该文提出了一种新型的方孔定子行波超声电机,并进行了参数设计、仿真分析和实验研究。定子由1个方孔金属体和4块压电陶瓷片组成,通过与直径大于定子内边长的转子配合发生弹性变形,从而对转子产生预压力,便于驱动。利用有限元软件对定子进行模态分析,选择第三阶模态作为工作模态,得到定子最大振幅与激励频率、电压、壁厚、边长及圆角半径的关系,并研究了频率、电压及预压力对转子输出特性的影响。制作了实体样机并测试了其输出特性,测试表明,当电压为100 V、激励频率为31.5 kHz时,其空载转速为215 r/min,堵转力矩达到1.58 mN·m。

基于有限元法的行波型超声波电机阻抗特性分析

利用有限元方法对行波型超声波电机的阻抗特性进行定量分析.以直径为60mm的行波型超声波电机为例,建立了电机定子的有限元分析模型,分析了在20～50kHz频率范围内,超声波电机定子的输入阻抗随频率变化的规律.此外,介绍了一种基于虚拟仪器技术的超声波电机阻抗测量方法,在20～50kHz的频率范围对该电机定子阻抗进行了测试.结果表明,利用有限元法计算得到的电机定子阻抗特性与实际测量值相符.

行波型热声发动机的试验研究

介绍了新型行波形热声发动机的试验装置 ,在不同的充气压力和工质条件下进行了试验 ,讨论了结构尺寸、充气压力、加热温度、工作介质试验结果的影响 ,并发现了频率跳变现象。

行波型超声波电机摩擦特性的实验研究

超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置,通过试验比较了摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数,分析了定子相对转速(速度)、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响.根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态对摩擦系数与预紧力等的对应关系进行了说明,分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果以及温度对摩擦系数的影响,确定了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型.超声波电机的驱动摩擦特性是1项基础性工作,有助于行波形超声波电机设计、建模和驱动控制等.

行波型超声波电机PWM驱动控制系统研究

针对行波型超声波电机的驱动特点和要求 ,结合脉宽调制技术 (PWM ) ,研制出一套适合于行波型超声波电机的PWM驱动 控制系统 ,该系统采用变频调速方式对电机进行闭环控制。实验结果表明 ,PWM驱动 控制系统的性能稳定、可靠 ,是行波型超声波电机驱动的一种新的探索。

二自由度行波型超声波电机的驱动和运动姿态控制

球形二自由度行波型超声波电机是一种多自由度超声波电机,文中介绍了一种二自由度行波型超声波电机简要的结构和机理,并介绍其驱动控制电源的设计,然后提出了一种新颖的电机姿态测量机构,最后研制基于相位差PI控制策略的电机驱动和运动姿态控制系统。实验表明,球形二自由度超声波电机驱动和运动姿态控制是可行和正确的,而且具有较高的定位精度。本文为二自由度行波型超声波电机的优化设计和性能提高奠定了理论基础。

行波型旋转超声电机双路行波的运行机理

由于行波型旋转超声电机(traveling wave rotary ultrasonic motor,TRUM)存在着诸多非线性因素,双定转子TRUM中的双路行波输出性能还有待提高。基于单定转子TRUM理论,研究了双路行波运行的轴向组合振动特性和周向合成输出特性,分析了单转轴–双转子结构体的轴向振动模型,由于该结构体阻尼减振的不足,提出一种隔振设计解决方案。建立了双路行波周向合成的输出模型,并探讨了两路行波不一致时的输出特点。实验结果表明,与单定转子TRUM相比,基于隔振结构的新型双定转子TRUM的输出转矩提高了80%,功率密度提高了43.1%,且双路行波输出转矩的合成效率达到90%。该研究为扩展TRUM的应用范围提供了参考。

基于行波型超声马达的超声波振动减摩试验研究

提出了行波型超声马达振动减摩的几何模型,采用电磁电机驱动、电磁电机结合一路驻波振动驱动及行波型超声马达驱动3种驱动方式模拟行波型超声马达摩擦驱动特点,借助超声马达摩擦特性模拟试验装置,引入摩擦系数降低率的概念,研究了电机转速、预压力、超声波激励电压和摩擦材料等对定、转子摩擦副摩擦系数的影响.结果表明:在较高相对滑动速度、小预压力及大振幅条件下,超声波振动减摩现象显著.

行波型旋转超声电机温度场分析方法

针对行波型旋转超声电机发热严重的问题,建立三维瞬态温度场的模型。综合考虑超声电机产生损耗的原因,对各部位的损耗进行理论推导和数值计算。利用Ansys软件对理论模型进行仿真,分析了超声电机关键部位的温度分布情况。建立了一套温度测试系统,对理论模型和仿真结果进行试验验证。结果表明,理论分析和试验结果基本吻合,为进一步研究超声电机的热源优化问题提供了分析和试验方法。

航天用系列行波型超声波电机的研制

简述了超声波电机在航天领域的应用情况,并介绍了所研制的系列行波型超声波电机(直径分别为80mm、60mm、45mm和30mm)的结构形式、摩擦材料、粘结工艺、温度特性、机械特性和瞬态特性,提出了神经元自适应PID算法实现高精度的速度和位置控制。结果表明其具有良好的特性,适用于空间机器人、登月车、太阳能帆板、CCD等空间机构的驱动,并结合航天领域的应用要求,提出了下一步的研究重点。

球形行波型超声波电机的驱动数学模型

球形行波型超声波电机可以实现球面轨迹的运动,但是目前其设计仍处于经验阶段。该文从球形行波型超声波电机的原理与基本结构出发,利用坐标变换关系得到转子运动时定、转子接触面上接触力的分布情况,分析了行波定子与球转子接触点的摩擦驱动力和摩擦阻力。根据运动稳定时球转子的力和力矩平衡及行波定子的轴向力平衡关系,得到球形行波型超声波电机的驱动数学模型。通过仿真分析了结构参数和行波定子特性的影响,初步验证了上述模型。

行波型旋转超声电机两种组合方式的实验研究

为了进一步提高超声电机的输出性能,设计并实现了两种组合结构的行波型旋转超声电机(TRUSM)———双定子单转子结构和双定转子结构,并依据结构特征,定性分析了定转子接触状态对两种组合方式输出性能的影响。参照单定转子TRUSM,用对比实验检验了两种组合结构TRUSM的特点。实验结果表明,组合结构是大幅度提高TRUSM输出性能的一种有效方法,而且组合结构中的定转子接触状态对输出性能意义重大。

大转矩行波型超声波电机的研制

为增加行波型超声波电机的转矩,该文提出了一种独特的G型支撑结构,并用有限元法研究了它对横向振幅和定转子间接触面积的影响。此外,还用三维有限元法计算了振幅和输出功率与定子齿高的关系,对摩擦材料的选用及转子结构的设计也进行了一定的考虑。为使电机的转矩进一步增大,还制作了一个双振子电机。实验结果表明电机的转矩性能确实可以得到明显改善。

行波型杆式超声电机的动力学分析与性能仿真

建立了行波型杆式超声电机定子的压电有限元模型,并对定子进行了动力学分析。结合行波型超声电机的三维接触/摩擦驱动模型和转子的动力学方程推导了整个电机的机电耦合模型。基于此模型,对直径为20 mm的行波型杆式超声电机进行了动态特性仿真和机械性能预测,仿真结果得到了样机实验结果的验证。

行波型超声波电机制作工艺的研究

文章介绍了经多年研制而成的 ,直径分别为 :30mm、45mm、6 0mm和 10 0mm的系列行波型超声波电机 ,描述了它们的结构 ,阐述了电机制作工艺 。

行波型超声波电机及其速度控制特性的研究

超声波电机是一种新型摩擦驱动器。由于它是利用压电陶瓷的逆压电效应形成的弹性波作为激励源，所以，该电机同传统的电磁式电机相比，具有小型轻量、无电磁干扰、响应速度快等特点，是微机械、医疗器械、航天航空等领域中理想的驱动器。本文阐述了行波型超声波电机的工作原理，并研制出直径４０ｍｍ的旋转式行波超声波电机的实验样机，作者分析了该样机的速度控制特性，提出ＰＷＭ是行波超声波电机理想的控制方式。

大直径行波型超声电机的优化

大直径行波型超声电机在压电陶瓷制作、定子和转子设计及驱动器设计等方面都比较困验。本文以定子直径为100mm的行波型超声电机为例,通过有限元分析方法,利用ANSYS计算,对电机的定子和转子的结构进行优化设计。在优化的基础下,制作了样机,并进行了初步的测试。改进后的超声电机的性能有了很大的提高,堵转转矩由原来的2.5N·m增大到现的3.5N·m,输出功率也有了显著提高。

一种中空环形行波型超声电机的研制

针对航天部件需要驱动器具有中空结构和大力矩的要求,设计出一种中空环形行波型超声电机。利用有限元方法,仿真分析了定子的共振频率、振幅以及定/转子的接触状态,计算了定子齿面质点的速度和运动轨迹,优化了定子和转子的结构尺寸,并研制出超声电机原理样机。负载特性实验结果表明,该样机的空载转速可达106r/min,堵转力矩可达1.8N·m,满足设计指标和工程需求。

二自由度行波型超声波电机的研制

二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机,其电机结构较复杂和实现相对困难,但其又具有独特的优点。从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,阐述此类电机所需要解决的一些基本问题,并就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构以及调谐问题进行了分析和介绍,具体提出了对心对中调节机构、外缘大倾角内缘线接触的行波定子、以及微调定子外缘倾角的调谐方法。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为119mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致,为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提高和控制等奠定了一定基础。

二自由度行波型超声波电机定子的优化研究

本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,对定子结构进行了分析和介绍,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析。然后以电机定子表面点的振幅最大化为优化条件,对定子的结构进行优化。接着用ANSYS软件对定子进行不同倾角下的模态分析,得到定子谐振频率和倾角的关系。最后结合所设计的定子使用激光测振系统进行测试,用于确定最佳的定子倾角。测试结果表明,优化的定子使得定子表面点的振幅较大。