短柱型超声波电机两相振动频率的简并

柱体型超声波电机依靠圆柱定子的弯曲振动驱动转子旋转。柱体型结构电机的激振效率高，装配工艺简单，有着十分广阔的应用前景。该文研究的是一种新型短柱型超声波电机，介绍了它的结构和运行机理；分析了不同边界条件下该电机的振动特性；采用弹性支撑和改变压电陶瓷激振方式，实现了电机两相振动频率的简并。     

行波超声波电机瞬态特性的测试及分析

瞬态响应特性是超声波电机的一项重要性能指标。通过主要由光电编码器和数字示波器组成的测试系统,对直径60mm行波超声波电机的瞬态响应特性进行测试,测得超声波电机启动和断电自锁时定子振动和转速变化的过程。利用测试数据和建立定、转子接触面上力的传递、转子内力的传递、定、转子振动耦合特性等力学模型,对行波超声波电机的瞬态特性进行理论分析。这些分析为超声波电机的深入研究提供了理论依据。     

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.     

支撑宽度对环形超声波电动机定子振动特性的影响

环形行波型超声波电动机工作时,为了获得定子的最大振幅,定转子一般均采用弹性支撑.但当电机的直径增加时,定转子的支撑部分在轴向压力作用下引起的弯曲变形会大大增加,从而减少了电机的输出转矩.主要分析定子支撑宽度对定子振动特性的影响,并得出:直径108 mm环形行波型超声波电动机的支撑宽度以9mm和4mm为宜.     

弯纵复合大推力直线超声波电机

设计了一种三阶纵向振动和八阶弯曲振动复合的大推力直线超声波电机,阐述了其结构和工作原理;采用有限元法对定子进行动力学分析,用ANSYS有限元软件计算定子的振动模态,进行谐响应分析;建立定子和滑块的接触模型,得到预压力和定子推力之间的关系.通过实验方法测量定子阻抗特性,将所得结果与理论分析相比较,并得到电机的动态特性.     

双转子柱体超声波电机输出转矩分析

对双转子电机定子表面质点运动轨迹进行了仿真,直观地描述了电机运行机理。应用Timoshenko梁振动理论计算了运动轨迹的椭圆倾角,根据倾角和双压电晶片的位移描述方程,计算出定子的纵向振幅,再结合赫兹接触理论,得出一定预压力下定转子接触区域宽度,进而得出双转子柱体超声波电机的转矩模型。计算出了相同尺寸单双转子电机的倾角和转矩,对比得到双转子电机的转矩比单转子的大两倍,证明了双转子结构在转矩性能上的优点,为双转子柱体超声波电机的结构优化设计提供了理论基础。     

液体媒质超声波电机定子振动的有限元分析

液体媒质超声波电机定转子不直接接触,而是利用液体将定子振动的机械能传递给转子,从而克服了接触型超声波电机的不足,是超声波电机一个新的研究方向.本文针对液体媒质超声波电机与接触型超声波电机能量传递方式上的不同,建立了电机定子有限元模型,通过定子模态、谐响应和电压激励时的动态分析,获得了电机的振动频率及接触面上定子质点的运动轨迹,在此基础上讨论了定子振动对电机运行特性的影响,并研究了压电片引起的定子振动的变化,给出了压电片厚度与振动幅值及谐振频率的关系曲线.最后测量了不同电压频率、不同液面高度时电机的转速,实验结果验证了理论分析的正确性.     

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擦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,实验测试结果与理论分析结果相一致。     

三自由度圆柱定子超声波电机运动轨迹仿真

基于超声波电机中压电陶瓷的逆压电效应、定子振动、转子旋转的原理,考虑弯曲振动引起的纵向振动,应用几何原理和振动理论,对圆柱定子激励频率相同、激励电压和激励的初相位各不相同的电信号引起的各单相振动进行合成,推导了三自由度圆柱定子超声波电机在三相同时激励时定子表面质点的轨迹运动方程,并仿真出同频率、不同相位差、不同电压激励时的运动轨迹,分析了这三个因素对定子表面质点轨迹的影响,为三自由度超声波电机的轨迹控制和姿态控制奠定了理论基础。     

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。     

纵扭复合型超声波电机的力传递模型

复合型超声波电机是各种超声波电机中最典型的低速大力矩电机,其定转子接触方式是断续面接触,这与行波型电机连续的若干点接触不同,也是实现大力矩的根本原因,因此分析其定转子的力传递模型很重要。该文先简单叙述了以往采用等效电路描述具有的问题,其次,通过电机轴向冲量守恒建立了定转子接触角与电机预压力和摩擦材料物理参数的关系,随后利用振动周期内周向电机负载和驱动力所作的功相同的原理,给出电机负载与定子纵 扭振动和转子参数的关系,并据此确定电机转子参数和预压力,研制的复合型超声波电机(直径80mm)的堵转力矩为13.2 N穖的大力矩,空转转速为12.5 r/min。初步形成了电机转子设计的理论基础。     

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。测试结果证明了上述模型和设计的正确性     

新型柱体超声波电动机有限元设计

简要总结了小型柱体超声波电动机的研究与发展,介绍了自行设计的一种新型自由-轴支小型柱体超声波电动机,对其结构、运行机理和振型特点进行了介绍,建立了电动机定子的有限元分析模型,并利用该模型研究了定子振型、定子开槽、陶瓷片位置及模态简并等问题,给出了仿真优化计算和样机的测试结果。     

小型柱体超声波电动机的设计及有限元分析

简要总结了小型柱体超声波电动机的研究与发展;介绍了自行设计的一种新型自由-轴支小型柱体超声波电动机的结构、运行机理和振型特点,建立了定子有限元分析模型,并利用该模型研究了定子振型、定子开槽、陶瓷片位置及模态简并等问题,给出了仿真计算结果。     

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     

圆柱定子三自由度球转子超声波电机的轨迹运动方程

圆柱定子3自由度球转子超声波电机利用一个定子的3种共振模态的两两叠加、合成，分别驱动一个球转子的3个自由度的旋转运动，三相同时激励时的轨迹运动方程是实现球转子预期轨迹控制的关键理论模型。在定子3种不同模态的有限元分析基础上，该文推导了圆柱定子3自由度球转子超声波电机在3相同时激励时的运动轨迹及传递机理，并对不同激励条件下的轨迹运动方程进行了分析、对比，为提高圆柱定子3自由度球转子超声波电机的定转子传动效率和进一步定量分析动力传递方式，定子优化设计，以及球转子的轨迹控制策略奠定了理论基础。     

Design of a novel type ultrasonic motor for high torque generation

A novel type ultrasonic motor is proposed. Newly designed motor consists of two stators and a rotor. Each stator is stacked up both sides of ring type rotor. Hence, the driving force transmitted to the rotor enlarges and higher torque can be produced from the proposed motor. Particularly, this motor need not install any spring device. Rotor structure is designed especially to deliver the created pressure when the stator vibration occurs. Its stall torque was 1.4 Nm and no—load speed was 92 rpm respectively. The highest efficiency was 7.5 % at about 55 % of stall torque and the maximum mechanical output power was 3 W. The applied driving voltage condition was 80V_rms at 44.5 kHz. From the experiment results, the torque enlargement was realized in proposed model in comparison with the commercial motor. However, the performance for revolution speed, mechanical output and efficiency was inadequate relatively. If the repletion is achieved through the succeeding study, the proposed model would contribute to the expansion of ultrasonic motor application scale.