超声波电机原理性样机大力矩的实现

指出调节纵扭振动谐振频率一致（这一过程称为模态简并）是提高纵扭复合型超声波电机输出力矩的关键。有限元方法计算得到的纵扭模态频率往往与实际存在着一定的误差,因此文中介绍了3种较实用的纵扭模态简并方法：调节定子有效截面系数α,调节转子高度以要用缩颈结构调节配重质量,并结合实验研究分别对这3种方案进行了评价。经模态简并后的纵扭复合型超声波电机原理性样机,最大输出扭矩已超过4Nm。     

微小型纵弯复合激励式圆筒超声电机的设计

为了有效提高超声电机的机械输出性能,研制了一种微小型贴片式纵弯复合激励式圆筒型行波超声电机。该电机由圆筒和一个纵弯复合换能器组成,换能器位于圆筒的外侧壁上,换能器由一对弯振压电陶瓷片、一对纵振压电陶瓷片和前端为变幅杆的长方形铝块组成。对电机的工作原理进行了分析,利用有限元方法对电机进行了设计与仿真,实现了电机两个基本振动模态特征频率的简并。对振动特性进行了测试,测试结果与有限元分析结果吻合良好。测试结果表明,换能器的纵振、弯振和圆筒弯振模态之间均实现了很好的匹配。。     

纵扭复合型超声波电机原理及模态简并研究

介绍超声波电机的发展概况，结构和运行原理，重点分析了纵扭复合型超声波电机的模态简并部题以及电机结构对谐振频率的影响，最后归纳出复合型超声电机通过改变结构实现模态简并的一般规律。     

大力矩纵扭复合型超声波电机的理论及实验研究

首先提出了纵扭复合型超声波电机的设计理论。同时 ,指出纵振动系统设计精度低是导致纵扭复合型超声波电机难以实现模态简并的主要原因。通过实验研究 ,分析了纵、扭转振动在各自谐振点附近的振动特点 ,得出谐振 -非谐振点运行的纵扭复合型USM能输出较大力矩的原因。     

一种纵弯复合单驱动足超声波电动机的设计

研究了一种新型的纵弯复合单驱动足超声波电动机,并设计了压电振子的极化方向和电路连接。对纵弯复合单驱动足超声波电动机的10个结构参数进行了灵敏度分析,得到不同参数对电机的纵振模态、弯振模态以及频率差值的影响,并进行了纵弯简并,得到了优化后的结构参数。     

纵弯复合两自由度直线超声波电动机

介绍了一种一阶纵振模态与二阶弯振模态复合的两自由度直线超声波电动机的结构组成和工作原理,用有限元方法对电机的定子进行了结构动力学设计,并制作了电机样机。对电机定子的工作模态和电机的输出性能进行了测试。实验表明:定子的工作模态与理论设计结果相符,并较好地满足了设计要求;电机的输出速度和推力得到了大幅度提高,从而证明所提出的设计思路是合理、可行的。     

四悬臂复合换能器式圆筒行波超声波电动机的研究

通过提出一种四悬臂复合换能器行波超声波电动机,提高了超声波电动机的输出力矩和性能。该电机由4个换能器、圆筒和转子组成,4个换能器均匀地分布在圆筒四周。通过控制输入激励信号,实现在圆筒上激励出在时间上相差π/2的纵弯模态行波,通过圆筒上齿和转子耦合使转子产生运动。在分析电机工作机理的基础上,建立了纵弯复合换能器式圆筒行波超声波电动机的有限元模型,通过对模态进行分析,最终实现电机纵振和弯振的复合模态简并。     

振动模态与超声波电机性能关系的研究

振动模态选择是超声波电机设计的重要环节 ,也是影响电机性能的重要因素。本文介绍了超声波电机振动模态形式及其选择的原则。采用有限元分析方法计算了所设计电机的振动模态和共振频率 ;用阻抗特性分析仪测量了不同模态对应的共振频率 ,其结果与有限元分析结果一致。最后分析了不同模态下电机的输出特性     

V形大推力直线超声电机定子振动的有限元分析

为适应需要大推力的直线超声电机的应用场合,提出了一种具有双变幅杆的V形电机。电机主要包括定子和动子两部分。定子由互相垂直、头部相连的两个兰杰文振子组成,它们完全对称且具有相同的一阶纵振模态。两个一阶纵振模态合成并通过定子和动子之间的摩擦作用,驱动动子作直线运动。为了获得较大推力,将V形电机定子设计成具有一定锥度的变幅杆。电机定子的结构参数对其动态特性有着重要的影响,用有限元法计算了不同结构参数对电机定子的一阶纵振频率和头部振幅的影响,计算了电机定子的一阶纵振频率和头部振幅对结构参数的灵敏度。建立定子优化模型来获得头部较大振幅以及具有合适的工作频率。参考灵敏度分析结果,设置设计变量时,灵敏度较大的结构参数变化范围设置较大些,以增大定子头部振幅为目标函数。根据仿真结果研制了电机样品并进行了性能实验,当激励电压的峰-峰值V_p-p=300 V、工作频率f=27.3 kHz时,电机的最大输出推力接近40 N,最高输出速度为100 mm/s,电机的输出性能呈现出低速、大推力的特点。     

纵扭超声波电动机的驱动接触有限元模型

自编了计算纵扭超声波电动机的驱动接触模型的有限元分析软件，该软件使用二维轴对称结构压电耦合有限单元，能够进行定子的模态和谐响应分析，以及定、转子接触过程（瞬态到稳态）分析。最后分析计算了直径32mm纵扭超声波电动机的振动模态、谐响应和输出特性，得到力矩-负载、转速-负载、力矩-转速曲线，计算结果与实验结果十分吻合。     

A Microprocessor-Based Motor Speed Regulator Using Fast-Response State Observer for Reduction of Torsional Vibration

A new state observer, which is suitable for microprocessor-based motor drives, and its application to suppression control of shaft torsional vibration are described. A distinct feature of the state observer is that a fast-response load torque estimation is obtained by processing the detected motor current and the encoder output pulses by a hardware circuit for each encoder pulse generation. Suppression control of the shaft torsional vibration is achieved by calculating a compensation signal from the estimated load torque with the microprocessor software. A microprocessor-based speed regulator for dc motor drives, which utilizes the state observer and suppression control of the shaft torsional vibration, was developed for evaluation purposes and tested with a 15-kW dc motor. The load torque of the motor can be estimated accurately, even with a 15-Hz vibration frequency, and the torsional vibration can be eliminated with the proposed suppression control.     

一种具有中空结构的纵扭复合型超声波电机

为了提高电机低速时的大力矩,提出了一种具有中空结构的新型纵扭复合型超声波电机。其工作原理利用了一阶扭振动和一阶径向振动(引起的纵向振动)模态。用有限元法和实验结果阐述了其振型及其调谐思路,并就结构尺寸对频率的影响进行了具体分析。电机具有调谐方便、轴向尺寸小和力矩大等特点。     

纵扭型压电超声电机的设计及有限元分析

介绍了纵扭复合型压电超声电机的工作原理，分析了定子驱动表面质点的运动轨迹，并对电机的一种结构进行了详细的有限元分析，最后对电机进行了扫频实验，电机的机械性能实验表明电机的最大扭矩达0.25Nm。     

“工字形”直线超声电机的结构设计与模态分析

为了提高直线超声电机的输出性能,研制了纵弯复合模态“工字形”直线超声电机,对“工字形”弹性体的几种复合振动模态及其驱动方案进行了分析,确定了振子的工作模态。完成了“工字形”振子的结构设计,利用ANSYS软件对“工字形”压电振子进行了优化设计,确定了定子各结构参数。纵向伸缩振动模态固有频率和弯曲振动模态固有频率分别为33.07kHz和33.08kHz,频率差8Hz。根据优化设计结果,试制了原理样机。对样机的输出性能进行了实验研究。实验结果表明:当驱动频率为31.10 kHz,激励电压峰峰值为250V时,电机动子Vmax为240mm/s;驱动力Fmax为0.5N。     

永磁同步电机端盖模态分析及结构拓扑优化

为解决新能源车用永磁同步电机端盖振动引起电机噪声的问题,将电机端盖建立等效数字化物理三维模型,利用有限元分析软件对端盖模型进行振动模态分析。通过模态分析得到端盖的计算模态及模态振型并采用轻量化设计方法对电机端盖进行结构拓扑优化;通过对比端盖优化前后的计算模态及模态振型,证明优化后的端盖在保证端盖刚度的前提下,可以有效提高电机端盖的模态频率并减小端盖振幅,远离与电机发生共振的频率范围,对车用永磁同步电机的结构设计有重要的指导意义。     

一种中空短柱径向-扭转振动复合型超声波电动机

纵扭复合型超声波电动机比其他类型的超声波电动机更具低速大力矩的特点,可实现高精度直接驱动,可作伺服电动机使用,适合于多种场合,特别是航空航天等军事领域.由于纵、扭振动在定子中的传播速度不一样,其纵、扭两相谐振频率的调谐一直是个难题.本文提出了一种新型的径向-扭转复合型超声波电动机,利用了定子径向振动时因泊松效应产生的纵向振动,其实质是径向振动和扭转振动的复合,是一种变形了的纵扭复合型超声波电动机.其定子具有中空、短柱等特点,可方便实现一阶径向振动与一阶扭转振动谐振频率的调谐及其结构等的优化.文中给出了中空短柱的电动机定子结构,建立了径向振动的理论分析模型,分析了其调谐原理和过程,并结合ANSYS有限元计算实现定子结构优化设计.最后根据上述理论研制了Φ60mm的样机,实现的样机性能较好,其空载转速为25r/min,堵转力矩为5N·m.这种超声波电动机较以往电动机具有轴向尺寸小、重量轻和无噪声等优点.     

Static VAR system auxiliary controllers for damping torsional oscillations

A new concept is presented according to which a midpoint-located static VAR system (SVS) with appropriate auxiliary control can be simultaneously employed for damping torsional oscillations and enhancing the steady state power transfer limit. Two new SVS auxiliary control signals designated as computed internal frequency (CIF) and computed rotor frequency (CRF), which can be locally synthesized, are proposed. Various locally available signals for SVS control are examined in respect of their ability to stabilize all the torsional modes. It is shown from eigenvalue analysis that with a suitable choice of signal and SVS auxiliary controller parameters, the desired objective can be achieved even when the transmission line is compensated at a level where one of the torsional modes is critically destabilized.     

变频运行风机扭矩脉动抑制研究

针对某台轴流式引风机变频改造后频繁发生轴系故障的现象,采用无线应变电测技术测试了轴系扭应力脉动特性。试验发现,风机变频运行在一定转速以上时,传动轴扭应力脉动幅度突增,并一直维持在高位。在运行过程中扭应力脉动频率被锁定,不随转速变化,该现象和扭转共振不同。分析表明,变频器-电机-传动轴-叶轮组成的机电耦联系统出现了扭振失稳。提出将轴系上的膜片联轴器改为高弹橡胶联轴器,通过增加系统阻尼的方法抑制扭振失稳。改造前后的试验结果对比表明,高弹联轴器可以有效地抑制轴系扭振失稳。