盘型声流超声电机驱动机理分析及实验研究

针对传统超声电机定子与转子表面存在严重摩擦磨损导致系统性能降低的问题,提出了一种新型非接触悬浮式声流超声电机。该电机结构紧凑,能够利用声悬浮原理实现定子和转子的非接触驱动,消除传统超声电机存在的严重摩擦磨损。基于连续性方程,建立了悬浮间隙介质流体分析模型,并采用有限元法进行求解。搭建实验台进行转动特性测试实验,分析了新型电机的工作机理,研究了不同槽型及运转状态下的声流分布。研究结果表明:转子表面刻槽导致间隙内圆周方向产生了压力梯度,进而形成了驱动转子的转矩;随着驱动电压升高,定子盘的振动幅值及转子转速均增大,当驱动电压为1 430 V时,定子盘振动幅值为9.8μm,转子转速达到74 r·min^(-1);相较于光滑转子,刻槽型转子在槽域附近的声流场发生了明显改变。此研究可为非接触超声电机的研究提供参考,也能进一步扩展超声电机的应用领域。

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。

多自由度超声电机的研究进展

超声电机是一种以逆压电效应为驱动原理的新型特种电机,具有结构简单、响应快速、定位精度好、可直接驱动等诸多优点。多自由度超声电机是一种重要的类型和研究热点,可实现空间中的多维运动和驱动输出,在微摄像机镜头、机器人关节、生物医学等领域具有显著的应用优势。本文从两类结构形式的定子进行分类,对国内外多自由度超声电机的研究进展进行总结和归纳,重点概述两类不同多自由度超声电机的结构优化、输出特性和应用方面等相关研究成果,为其进一步研究提供参考。

圆筒型非接触超声马达的实验研究

研制了一种圆筒型非接触超声波马达，其定子圆筒和转子间设置了间隙。文中给出马达的结构及激振方法，并测试了样机的输出性能。实验表明，马达转子的转动方向与接触型马达转子转动方向相反，输出转速与输入电压具有线性关系。

双转子柱体超声波电机运行机理与实验研究

环形行波型超声波电机小直径条件下,输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点。而柱体弯曲振动超声波电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子的,定子的直径越小,摇头振动的幅值越大,因而,小直径时更能显示出这种电机的优越性。该文阐述了双转子柱体弯曲振动超声波电机的运行机理,证明了定子表面质点运动轨迹为一椭球;利用ANSYS有限元软件分析了电机的弯曲振动模态;用阻抗特性分析仪分析了电机的阻抗特性和相位特性;制作了直径为20mm、有两个转子的柱体弯曲振动超声波电机, 并对其输出特性进行了测试,最大转矩达0.16Nm、最高转速为220r/min。

非接触型超声波马达

介绍了超声波马达的新进展——非接触型超声波马达，其定子和转子是非接触的，因而克服了接触型超声波马达转速低和寿命短的缺点。文中介绍了国外非接触超声波马达的研究现状，并对其进一步的研究方向作了探讨。

基于液体媒质的非接触型超声波电机理论与实验研究

非接触型超声波电机有效地解决了接触型超声波电机因接触摩檫所引起的使用寿命低、不能长时间连续运转等难题 ,是超声波电机领域的一个新的研究方向。介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机 ,其定子与转子是不接触的 ,并且转子浸于液体媒质之中 ,定子压电振动所产生的能量通过定、转子间的液体传递给转子 ,从而驱动转子旋转。给出了该电机的结构及驱动电路 ,对其运行机理进行了理论分析 ,利用有限元法对定子振动情况进行了模态分析。讨论了水位高度、定子振动速度等对电机性能的影响 ,并通过实验进行了验证 。

液体媒质超声波电机特性与饱和流速的研究

与一般超声波电机依靠定转子之间的摩擦来传递能量不同,非接触型超声波电机的定转子不直接接触,克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间工作等缺点,是超声波电机领域的一个新的研究方向。该文介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机,其转子浸于液体之中,不与定子直接接触,定子振动所产生的能量,通过液体传递给转子,从而驱动电机旋转。文章给出了电机的结构及工作原理,并且简要介绍了电机驱动电路的实现。该 文实验验证了电机的基本运行特性,测定了电机转速、驱动频率和驱动电压之间的关系。实验中发现,在一定范围内,电机中液体旋转速度随定子振动速度的增大而增大,而当电机定子圆环振动速度超过某一特定值后,电机中液体的转速出现了饱和流速现象。文章中对液体饱和流速问题进行了理论分析,证明了液体中声场的非线性是导致饱和流速的主要因素,并通过实验测出了饱和流速与液面高度、液体浓度和非线性参数之间的关系,实验结果与理论分析结果一致。

液体媒质超声波电机运行特性的实验研究与分析

该文介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机,其转子浸于液体之中,不与定子直接接触,有效地克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间连续工作等缺点,是超声波电机领域的一个新的研究方向。结合液体媒质超声波电机的基本结构及运行机理,文中阐述了电机运行过程中将超声振动所产生的能量通过液体传递给转子,从而驱动转子旋转这一能量传递的基本过程,揭示了液体中的雷诺剪切应力是电机声流场的驱动力。然后,用实验测定了电机转速与驱动频率、驱动电压、液体粘性、液位高度和转子半径之间的关系。并对实验结果进行了比较分析,且在此基础上结合本电机的运行机理以及驱动控制系统、液体环境和转子半径等因素对电机转速的影响,对液体媒质超声波电机的运行条件进行了优化分析。

行波型超声波电机定转子接触粘滑分布特性

考虑了摩擦层剪切变形,对行波型超声波电机定转子接触区域内的粘滑分布特性进行研究。首先假设超声波电机定转子接触区域内完全为粘滞分布的情况下,求得接触区域内摩擦材料的切向应力;再与滑动摩擦应力进行比较,从而确定接触区域内粘滑分布情况及其分布规律,并根据所获得的粘滑分布计算电机运行性能。最后,对理论分析的结果进行实验验证,实验结果与理论分析结果相吻合,验证了理论分析的正确性,为超声波电机的设计与分析提供了理论依据。

单路信号激励的非接触超声马达的试验研究

目前研究的非接触超声马达都是建立在行波理论基础上的 ,这类马达需将定子弹性体激励出行波 ,因而它至少需要两路相位差成π/ 2的信号源 ,其驱动电路复杂。文章提出了一种新型的圆筒型非接触超声马达 ,它只需单路信号激励。定子采用在圆筒弹性体外表面粘贴矩形板压电陶瓷构成。根据有限元分析设计制造了定子 ,并进行了可行性试验。文章给出了转子结构尺寸对马达转速的影响试验 ,当采用四叶片转子时马达无负载的最高转速为 2 0 2 6 r/ m in。

圆筒压电振子产生周向行波的激励原理

圆筒型行波非接触超声马达需要在其圆周方向形成行波以产生驱动力。文章较系统地研究激励圆筒振子产生周向行波的原理 ,分别给出了激励源在空间和时间上的关系 ,为有效设计和激励压电振子提供了理论依据。同时对多种激励法进行了研究和比较 ,给出了相对简便的激励法。最后根据理论分析 ,设计了振子进行实验 。

短柱型超声波电动机的优化设计

介绍了短柱型超声波电动机的特点,用ANSYS进行理论计算,优化设计了短柱体超声波电动机定子压电陶瓷的安装配置形式,改进了定子的支撑,最后通过样机进行了验证。

非接触型超声电机的圆筒形定子的振型测量技术

用壳体理论对圆筒非接触型超声电机的圆筒形定子建模,得到了定子振型的筒壁径向振幅、端面垂向振幅和筒壁母线的径向振幅的理论关系。利用这个关系,提出一种间接测量圆筒周向振幅分布的方法。最后,通过实验验证了该方法的实用性,并指出该方法不仅适用于圆筒低阶振型的测量。

液体媒质非接触型压电超声马达机理研究

介绍了一种液体媒质非接触型压电超声马达 ,这种马达的定子与转子是不接触的 ,且转子处于液体媒质中 ,定子压电振动所产生的能量通过定、转子间的液体传递给转子 ,从而驱动转子旋转 ,是压电超声马达的一个新的研究领域。文章给出了液体媒质非接触型压电超声马达的结构及驱动电路 ,对其运行机理进行了分析 。

一种圆筒型非接触式超声电机

为提高圆筒型非接触超声电机的实用性,提出一种圆筒型非接触式超声电机,电机主要由圆筒形的定子和圆筒形的转子构成,通过轴输出扭矩。文中对该型电机的驱动机理进行了分析,利用声流理论分析该电机的驱动力,获得了堵转力矩的特性。最后采用激光多普勒测振仪测试了样机定子的振动特性,并测量了电机的转速和堵转力矩,最高转速达到2100r/min,堵转力矩为1.3×1-05N.m。研究结果表明,电机运行性能良好,理论分析方法是有效的。

非对称波驱动的非接触式超声电机

通过对一种非接触式压电电机试验样机的构造进行分析及实验,验证非对称波驱动机理。在有限元分析的基础上对电机进行了阻抗测试,确定了该电机的有效工作频率;通过振幅测试验证了非对称波的存在,测量了频率及驱动电压与电机转速之间的关系,比较了电机两种调速方式的优缺点。实验数据为非对称波驱动的压电电机的应用研究奠定了基础。研究工作表明,非对称波具有驱动能力,据此构建的压电电机具有结构简单、驱动方便等特点。

大扭矩均压行波超声波电机研究

超声波电机的研究已成为全世界的热点。在ANSYS有限元软件分析计算的基础上 ,设计并制作了均压行波超声波电机 ,其直径为 10 0mm ,堵转转矩达 2 2N·m ,最高空载转速5 8r/min。采用定转子面接触模型 ,实现了电机的均压运行。对电机进行了输出性能测试和分析。

液体媒质超声波电机驱动系统

为获得液体媒质超声波电机的最佳性能,针对其特点设计了驱动电路,由反向器构成的自激多谐振荡器产生频率可调的脉冲信号,将该信号作移相处理,产生 4路依次相差 90°的方波信号,驱动两路推挽功放主电路.利用设计的电路测得电机的实际驱动电压波形.该电路易于调节和控制,可满足对液体媒质超声波电机驱动和控制的要求.

中空环形行波超声波电机定子振动解析模型

为分析定转子间的接触对定子振动的影响,建立中空环形行波超声波电机定子振动解析模型。根据电机的结构特点,将定子等效为等厚度的圆环形梁,等效过程中,忽略定子齿的刚度,但将定子齿的质量等效到定子梁中,采用解析法建立等效定子梁的自由振动模型和受迫振动模型,得到定子不同振动模态对应的自由振动频率以及定子在外加激励电压和定转子间法向接触压力作用下的受迫振动响应。结果表明,定子等效处理的方法是合理的,电压激励和法向接触压力激励所产生的定子振幅分别与电压幅值和预压力大小呈正比关系,定转子间所施加的预压力较小,因此接触压力对定子振动的影响较小。将理论分析结果与实验测试结果进行比较,二者基本吻合,验证了所提出的解析模型的正确性。