行波接触型超声波电机特性与控制研究

行波接触型超声波电机的工作原理与电磁型电机的工作原理截然不同 ,本文对其控制系统各组成部分作了分析 ,给出了控制器输出波形 ;并对行波接触型超声波电机定、转子之间的摩檫传动进行了研究 ,提出了电机效率计算方法 ,对机械特性与效率曲线进行了计算 ,计算结果与实验测试结果相符合。

行波接触型超声波电机定子振动有限元分析

行波接触型超声波电机是一种利用压电晶体的逆压电效应获得驱动力矩的新原理微特电机 ,它与由电磁作用获得转矩的电磁型电机的工作原理截然不同。该文在考虑定子环沿径向厚度变化及内外边界约束条件的基础上 ,建立了带有齿的行波接触型超声波电机定子模型 ,利用有限元法进行了定子模态和强迫振动响应分析 ,研究了定子直径和齿高对定子振动的影响。通过计算结果与实验的比较 ,证明有限元方法对于由复合材料构成、具有齿的超声波电机定子振动的分析是一种行之有效的方法。

行波接触型超声波电机定子齿对电机性能的影响

本文对行波接触型超声波电机定子振动情况进行了分析 ,得到定子振动的固有频率和幅频特性 ,阐述了电机中定子齿的设置对定子振动的作用。针对三种不同的定子环模型 ,分别讨论了定子齿对固有频率、振幅及电机转速的影响 。

环形行波超声波电机动态接触摩擦特性建模与分析

超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。该文考虑定子齿结构,基于Dahl摩擦这一动态摩擦定律,分析了定子振动的瞬态响应过程、定子齿质点与转子的法向接触和切向摩擦及转子运动方程,建立了环形行波超声波电机定转子动态接触摩擦解析模型。基于所建立的模型,研究了定转子间的接触状态和法向接触应力,以及相对速度和切向摩擦应力,并分析了电机的输出性能。最后,测量了样机的输出特性,将测量值与所建立模型的计算值进行比较,二者基本吻合。此外,也对比了忽略定子齿结构并采用库仑摩擦定律的接触摩擦模型的计算值,结果表明,所建立模型的计算值能更好地与实验值相吻合,说明所建立的模型能够更准确地描述定转子接触摩擦传动特性。

环形行波超声波电机面接触分析及转子结构优化设计

考虑转子的柔性变形,建立了环形行波超声波电机定转子三维面接触模型,分析了定子的振动、定转子的法向接触以及切向摩擦,研究了定转子间的面接触特性及电机的转矩-转速特性。结果显示:由于转子的柔性变形,定转子间的接触区域形状是不规则的,接触压力沿径向分布是不均匀的。通过将样机转矩-转速特性的理论计算值与试验测量值进行对比,验证了三维面接触模型。在此基础上,基于三维面接触模型,分析柔性转子结构参数变化对定转子最大接触压力及电机转矩-转速特性的影响,根据分析结果对转子结构进行优化,实现了定转子间的最大接触压力明显下降,并使电机的转矩-转速特性得以明显提升。

行波型超声波电机定转子接触模型的研究

采用刚性定子和柔性转子的面接触模型 ,将摩擦层等效为分布的线性弹簧 ,建立了考虑摩擦材料剪切变形这种更符合实际情况的接触模型 .探讨了电机参数对其性能的影响 ,通过与其他学者的研究成果相对照 。

考虑定子齿结构的行波超声波电机接触摩擦模型

本文分析了定子的振动、定转子的法向接触和切向摩擦,考虑了定子齿结构,采用解析法建立了环形行波超声波电机定转子接触摩擦模型。基于所建立的模型,分析了定子表面质点与转子间的接触时间和切向摩擦力以及电机的转矩-转速特性。此外,也对考虑定子齿结构和忽略定子齿结构的模型计算结果进行对比,结果显示,在相同的预压力下,考虑定子齿结构时,定子表面质点与转子的接触时间比忽略定子齿结构时要长,而且转矩-转速特性的计算结果要低于忽略定子齿结构时的计算结果。最后,将理论计算结果与实验结果进行了对比,考虑定子齿结构时的计算结果比忽略定子齿结构时更接近实验值,说明考虑定子齿结构的接触摩擦模型能准确地反映定转子间的接触和摩擦特性。

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.

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。

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.

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。

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。

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。

空间用二自由度球形行波型超声波电机

介绍了一种超声振动驱动的二自由度行波型超声波球电机的结构和机理,给出了其研制过程中若干关键问题的解决方案,阐述了实现其运动位姿控制采用的结构及控制方式,最后探讨了此类电机在空间机构的若干应用及所需解决的一些问题。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120mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致。该电机可用于各类空间机构。

三自由度行波型超声波电机的静力学分析

从三自由度行波型超声波电机的驱动原理与基本结构出发,使用变换矩阵得到了定转子的位置变换关系,进而分析了球转子的受力情况,并给出了定转子接触圆周的接触力方程.根据球转子和各个行波定子的力平衡方程,得到了球转子球心的微位移和行波定子的轴向压紧量与行波定子的轴向压紧力的关系方程.仿真分析表明,对电机定子施加对称的压紧力、增大定子轴线与基本坐标系轴线的夹角和减小定子半径,能够减小定转子接触圆周上定子与转子不相互接触的区域,使电机性能得到充分发挥.