高压低纹波纳米驱动器

针对压电陶瓷进行了纳米级驱动技术的研究,优化了传统的直流放大式驱动技术的系统特性。深度分析了以压电陶瓷为驱动元件的纳米级微位移驱动技术的特性,实现了以下两方面的突破:在设计基于压电陶瓷元件实现纳米精度定位的研究中,设计出了数控压电陶瓷驱动器;深入研究了压电陶瓷容性元件特性后设计出电压恒流源式驱动电路,同时在电路中引入负反馈,稳定了驱动器的输出。通过大量实验证明,该设计很好地解决了压电陶瓷驱动高精度、快响应的难点,具有很高的实用价值。     

一种微型柱体超声电机的研究

对压电陶瓷片的布局方式与力系数之间的关系进行了分析,证明了压电陶瓷片粘贴在金属弹性体一阶弯振的波谷位置时其激振效率是最高的。研制了一种新型定子结构的微型柱体超声电机。该电机直径5mm,长30mm,重量4.2g。当驱动电压峰峰值为200V,驱动频率为53kHz时,电机最大转速为350r/min,堵转力矩为2.5×10?3N?m。因为这种电机结构比较简单紧凑,便于实现进一步的微型化。所以又利用压电陶瓷管为激励元件,研制出直径2mm,长度7mm,重量为0.258g的微型柱体超声电机。在驱动电压峰峰值为60V,驱动频率75kHz时电机的转速为813r/min。文中详细介绍了这2个微型电机的工作原理、结构特点和设计方法。     

买主自行装配的超声波电动机

美国Panasonic公司推出的USM-400型超声波电机,其工作原理和传统电机完全不同,它是用超声波振动而不是用磁力驱动。安装在定子上的压电元件产生振动来驱动转子,在施加改变极的电压时,压电元件产生机械振动,装在弹性体定子周围的压电元件把振动转化成运动波,锥形弹簧对定子-转子产生压力,通过摩擦耦合将机械波传递给转子,形成转子的运动。     

新型压电直线电动机的设计

设计了一种工作在非共振状态的新型压电直线电动机.该电机采用双驱动足设计,使用叠层型压电陶瓷作为激振元件.在四路相位差90°的正弦波信号驱动下,两驱动足分别产生椭圆运动交替推动直线导轨作直线运动.实验表明,在一定频率范围内,电机运行速度与工作频率成正比.电机最大无负载速度5.5 mm/s,最大输出推力5 N.     

压电陶瓷剪切模式用于超声波电动机的研究

介绍了已经采用d15逆压电效应的切变型压电陶瓷元件,如激励扭转振动的压电陶瓷环和筒以及激励行波的压电陶瓷盘等,分析了其在行波型、驻波型等超声波电动机中的应用方式和驱动机理。提出了一种新的切变型弯曲振动的压电陶瓷柱元件,并应用于弯曲摇头型超声波电动机中,有助于满足发展大应变、微型化超声波电动机的需求。     

尺蠖型压电直线电动机制作及性能测试

为了实现机械元件的高精密驱动,设计和研究了一种应用自然界中尺蠖原理的压电驱动直线电动机,完成压电直线电动机的样机制作并对其进行了试验测试。试验结果表明,制作和测试的尺蠖型压电直线电动机工作行程20 mm,最大驱动力38 N,在驱动电压200 V时,具有最大的运动步长35.15μm,步长稳定性误差小于3%,在驱动电压为10 V时,实现最小的运动步长20 nm。电机在无负载状态,驱动频率30 Hz,驱动电压200 V时达到的最大驱动速度484.2μm/s。该电机具备良好的工作性能,在精密驱动领域具有广泛的应用前景。     

内箝位/外驱动型压电精密步进旋转驱动电机研究

提出一种新型的压电精密步进旋转驱动电机。该驱动电机以仿生运动的原理，以压电陶瓷叠堆为动力源，采用定子内侧箝位及转子外驱动的方式和薄壁柔性铰链微变形结构，提高了该驱动电机箝位的稳定性和步进旋转的稳定性。通过静力学有限元分析和动力学分析，较深入的研究了该驱动电机的运动特性。研制的压电精密步进旋转驱动电机能够实现高频率(40Hz)，较高速度(325mrad /s)，大行程(>360°)，高分辨率(1mrad/step)，较大驱动力(30N×cm)等特点，提高了压电精密步进旋转驱动电机的驱动性能。该驱动电机在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景。     

H形直线超声波电动机的研究

在纵弯复合模态直线超声波电动机的基础上提出一种H形直线超声波电动机,该电机基于H形压电振子两侧金属直梁的一阶伸缩振动模态和三阶面内弯曲振动模态的叠加,在四个驱动足驱动下交替实现力的输出,通过改变两个工作模态相位差来实现速度控制及正、反方向驱动.利用有限元数值方法对振子进行了模态优化设计,确定了振子的结构参数,并加工制作了原理样机,对样机的输出特性进行了实验研究.该模型样机在驱动频率为30.70 kHz时,动子最大速度为230 mm/s,单侧驱动力为0.47 N.     

行波型超声波电动机的机理分析

作为一种特殊驱动源,行波型超声波电动机是一种近几年发展较快的新型电动机.通过所研制的行波型超声波电动机,阐述了行波型超声波电动机的原理和结构特点,分析了压电陶瓷这-功能材料的压电性能,设计出一种能够产生旋转行波的压电陶瓷片以作为超声波电动机的驱动元件,并在理论上分析了电机中旋转行波的产生过程.     

新型塔形压电式粘滑直线作动器

为了达到纳米级的定位精度,并考虑到压电式粘滑作动器能够达到极高的定位精度(5 nm),研发了一种塔形压电式粘滑直线作动器。该作动器由塔形定子和动子构成,其中塔形定子由4片压电陶瓷与金属弹性体粘接构成,动子在预压力的作用下与定子保持接触。当输入锯齿波激励信号时,塔形定子利用y-z面内强迫弯曲振动来激发定子驱动足产生非对称切向振动,从而驱动动子正反向运动。在分析电机工作原理的基础上,制作了原理样机及其实验装置,然后进行了模态实验和机械特性实验。实验表明:锯齿波激励信号的峰峰值电压400 V、预压力6N的条件下,当激励频率8 000 Hz,该作动器速度最大,为1.2 mm/s;当激励频率1 Hz,该作动器速度最小,为35 nm/s。     

一种双足驱动直线超声波电动机的设计

设计了一种单边双足驱动的面内振动直线超声波电动机，其定子采用了一片铜板和八片压电陶瓷构成的复合结构，压电点陶瓷沿着厚度方向极化，对称安装在矩形铜板的两个表面上。建立了该电机的机电耦合动力学模型，通过仿真确定了驱动足的位置，并试验研究了电机的特性。     

端部激励式直线超声波电机的绝缘优化设计

端部激励式耦合型直线超声波电机压电陶瓷镀银层表面与金属弹性体凸出结构间隔距离较近,限制了施加电压的幅值,进而对电机的驱动性能有较大影响。本文对金属弹性体的凸出结构进行优化设计,分别设计了基于空气绝缘的凸出结构和基于树脂绝缘的复合凸出结构。理论分析表明,基于空气绝缘的凸出结构电机虽然具有最小的最大电场强度,有利于绝缘,但是其驱动性能较弱。而基于树脂绝缘的复合凸出结构电机具有比较平衡的绝缘性能和驱动性能。文章制作了样机并进行了实验,实验结果表明采用树脂绝缘的复合凸出结构电机较之传统端部激励式耦合型驻波直线超声波电机,其最大空载速度由41.56 mm/s提升为72.40 mm/s,性能提升较为显著。     

行波超声电动机定子性能的有限元仿真

利用ANSYS软件 ,基于旋转型行波超声电动机 ,建立了圆盘形定子 (包括压电体和弹性体 )有限元模型 ,考虑压电效应 ,探讨了不同压电陶瓷对超声电动机定子性能的影响 ,给出了定子振动模态、谐振频率、定子表面质点运动轨迹与压电陶瓷的材料特性间的关系 ,仿真与试验数据吻合良好 ,有限元分析结果为超声电动机定子的优化设计提供了理论依据     

松下电器公司研制成机械转换效率达45％的超声波电机

松下电器产业公司中央研究所成功地研制出利用压电元件,以超声波振动为驱动力的圆盘型和圆环型超声波电机,预计明春将公开出售。目前,各公司都在着手研究超声波电机。这种电机的工作原理与过去的电机完全不同,它不靠电流和磁场的相互作用得到驱动力。目前的超声波电机,机械转换效率低,一般约为25％,大多不能使用。超声波电机是由受压电元件激振的振动部分和与振动部分相接触而驱动的移动部分组成。在超声波振动的振动部分和移动部分之间,将摩擦力转换成旋转力并输出。超声     

压电驱动超声波电动机

压电驱动电动机体积小、重量轻、转矩大。与传统的磁力驱动电动机不同,Panasoic公司推出的USM—40D型电动机是“振动驱动”型的。当加在压电元件上的电压极性改变时,装在定子上的压电元件就会产生机械振动。如果压电元件装在具有弹性的     

压电叠堆泵驱动的精密步进驱动电机

提出一种新型压电直线精密步进驱动电机,其结合电流变技术替代机械阀装置,由此实现高精度和高速的性能。该步进驱动电机采用压电泵作为步进驱动动力源,以压电叠堆的伸缩和薄壁蝶形铰链微变形结构驱动泵腔容积的变化,进而控制精密液压缸完成步进运动。解决了以往压电精密步进驱动电机钳位不牢固、步进频率较低、行程小、分辨率低、速度低、驱动力不稳定等问题。研制的压电叠堆泵直线步进驱动电机能够实现高频率(100Hz),高速度(502μm/s),大行程(10mm),高分辨率(0.05μm),大驱动力(100N)等特点,提高了压电型步进驱动电机的整体驱动性能。该步进驱动电机在精密运动、微操作、光学工程和精密定位等精密工程中有广阔的应用前景。     

四足直线超声电机的研究

研究了一种新型四足矩形截面梁直线超声电机,电机定子是由六块压电陶瓷片和矩形截面铜梁组成,压电陶瓷对称粘贴在铜梁的上下表面,四个驱动足分布在铜梁下表面的四个直角处.电机的工作模态分别为一阶纵振和二阶弯振,通过Ansys软件进行模态分析确定了电机定子的尺寸,设计加工样机,并对样机的机械特性进行测试和实验研究,实验证明了电机的结构设计是合理的,分析是正确的.     

压电陶瓷驱动器动态驱动电源设计

针对大位移压电陶瓷驱动器的特点,设计了一种可动态应用的驱动电源,并给出了详细的电路原理图.对驱动电源的性能试验表明,在输入为正弦波、三角波和方波等动态信号时,该驱动电源可以很好的跟随输入信号的变化,显示出优异的动态性能.对压电陶瓷驱动器的驱动试验表明,该驱动电源具有较强的带负载能力,可满足大位移压电陶瓷驱动器的动态驱动...     

一种单片机控制的压电陶瓷微位移器的驱动电路设计

介绍了一种利用AT89C51单片机开关控制压电陶瓷微位移器位移的方法,通过单片机的定时器,在安全的TTL电平下实现对压电陶瓷应变片的高压开关控制。该功能是通过选择合适的耐压场效应管实现的,综合开关速率、耐压性、关断电流等方面的因素,采用的场效应管是IRF610型。作出对压电器件、场效应管的选择以及压电陶瓷应变片的单片机驱动电路的设计,并给出了该系统的控制程序。最后对系统进行了仿真实验,仿真结果表明:驱动电压增大,输出位移量也增大,在驱动电压140～200V时,电压增大和减小2个方向测量得到的位移-电压曲线不是重合的,这表明了压电陶瓷的测量迟滞性,驱动电压在150～190V时,函数的线性度最好,两者的迟滞性误差也最小,据此我们可以选择驱动电压范围为150～190V。     

基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机驱动电路研究

介绍了一种新型基于压电陶瓷平面内应变特性的多自由度超声波电机，该电机通过两个平面内的弯曲振动模态的叠加实现转子绕Z轴的转动；并利用伸缩振动模态分别与上述弯曲振动模态叠加实现转子绕X轴和绕Y轴的转动。设计了一种基于直接数字频率合成器(DDS)原理的电机驱动电路，该电路利用在FPGA元件实现的DDS阵列产生四路正弦激励信号，并采用高压运算放大器进行功率放大。该驱动电路的特点是各路驱动信号幅值和频率及驱动信号之间的相位差均可以独立调整。电机样机的机械特性实验以及调节特性实验结果表明该驱动电路满足驱动基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机的要求。