圆柱定子超声波电机输入阻抗计算及测量

建立了圆柱定子超声波电机定子的有限元分析模型,给出了输入阻抗的计算方法。以研制的圆柱定子直线超声波电机为研究对象,分析在10kHz～40kHz频率范围内定子的输入阻抗一频率特性。此外介绍一种基于虚拟仪器技术的超声波电机阻抗特性分析仪,并对电机定子阻抗进行了测试。通过实验方法测量得到的定子阻抗特性与理论分析相符。     

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。     

超声波电机定转子接触的摩擦传动模型及其实验研究

超声波电机是一种利用超声振动和摩擦力为驱动源的新原理电机。对行波型超声波电机定子转子之间的磨擦传动动模型进行了深入研究。在分析过程中,考虑了定转子之间的粘滑特性,获得了行波型超声波电机特性与结构参数之间关系的解析表达式,为电机的设计和制造提出理论依据。     

新型旋转型行波超声波电动机定子的研究

定子作为超声波电动机的重要组成部分,它的振动性能直接影响电机驱动器的输出特性。研究了一种新型旋转型行波超声波电动机定子结构,利用有限元分析软件进行建模并进行动力学分析,通过改变定子齿、弹性基体中重要的结构尺寸,提取定子振动模态频率和质点振幅,研究不同的结构尺寸对振动模态和振幅的影响。最后对一确定尺寸的定子进行整体性能分析,证明定子设计的合理性。该研究有助于减少电机开发过程中的盲目性,缩短设计周期,提高经济效益,并能为最终实现电机的运动特性控制和结构优化设计提供必要的理论基础。     

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、具有齿的结果超声波电机定子振动的分析是一种行之有的方法。     

夹持式双面齿型行波超声电机研究

针对传统行波超声电机单面驱动、输出力矩小以及激励电压与疲劳寿命受限于胶层强度等问题,设计了一种夹持式双面齿型行波超声电机.电机采用夹持式双面齿型定子和双转子结构,不仅可施加较高激励电压,而且可实现双面驱动.利用有限元软件对电机定子进行仿真分析,通过模态分析获得电机定子的B(0,8)阶弯曲行波模态振型及其谐振频率,并通过...     

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.     

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。     

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。     

超声波电机测试技术的研究

通过对自行研制的 30mm环形行波型超声波电机进行的测试 ,第一次对超声波电机的主要测试技术和实现手段进行了详细的阐述 ,包括自由定子阻抗、定子振动模态、超声波电机输出特性的测试和实现方法。所采用的测试技术及实现方法不仅性价比优越 ,且适用于其他类型的超声波电机的检测 ,为超声波电机控制策略、闭环控制、以及产品实用化的开发和研究提供了理论依据和实验验证手段     

The design and characteristics of ring type linear ultrasonic motor for X-Y stage

In this paper, the linear ultrasonic motor is newly designed to apply for the actuator of X-Y stage, its vibration mode is analyzed by FEM software, and its characteristics are studied as a function of the inner diameter of the elastic body. As a result from FEM analysis, the stator simultaneously vibrates to radial and bending vibration mode. Based on the result, ring-type linear ultrasonic motors are fabricated according to its inner diameter and its resonant frequency is measured by impedance analyzer. As inner diameter increases, its resonant frequency and velocity decreases. When its inner diameter, input voltage and driving frequency are 10 mm, 20 Vpp and 68.6 kHz, the velocity of the moving body is about 100 mm/s.     

径向换能型超声波电机定子振动模型

提出了一种弹性叶片式径向换能型超声波电机,分析了电机的结构与工作原理,建立了定子径向自由振动和受迫振动的解析模型,同时,为了进行对比验证,建立了定子振动的有限元模型进行模态分析和谐响应分析。分别采用两种模型计算得到了定子一阶径向自由振动的频率和在外加电压激励下受迫振动的径向振幅,两种模型的理论计算结果接近。采用阻抗特性分析仪测量了定子一阶径向自由振动的频率,并采用激光测振仪测量了定子外侧表面质点在外加电压作用下径向振动的振幅,将实验测试结果与理论计算结果进行对比,二者基本吻合。实验测试结果验证了所建立的定子振动的解析模型和有限元模型的有效性。最后,制作了原理性样机,验证了所提出的径向换能型超声波电机动作原理的可行性。     

T型直线超声波电动机的运行机理及其特性分析

提出了一种新型T型直线超声波电动机,利用PZT d31模式激发压电双晶悬臂梁产生纵向振动,并通过驱动足与滑条间的摩擦作用带动滑条作直线运动。研究了电动机结构和运行机理,采用有限元方法对T型直线超声波电动机定子进行了建模和分析;利用冲量定理和力平衡原理建立电动机定子和滑条接触面力传递模型,仿真分析了不同预压力作用下电动机的速度-推力输出特性,实验验证了仿真分析结构的正确性。实验结果表明,在激励电压幅值Vpp为200 V和激励频率为23.75 k Hz作用下,电动机在预压力为50 N时的空载直线速度达到250 mm·s-1,在预压力为200 N时的最大推力达到7.6 N。     

环形行波式超声马达变频特性的分析

超声马达通常都工作在谐振频率附近,因此,工作频率的变化对超声马达的输出特性有着非常重要的影响。利用匹配电感和压电陶瓷组成的谐振电路,分析了变频对超声马达驱动电路输出特性的影响;利用超声马达的二维解析模型,仿真了激励频率对超声马达输出特性的影响。仿真和实验结果表明：频率与超声马达输出特性的关系为二次函数。激励频率在超声马达谐振频率附近变化时,驱动电路输出电压的幅值可近似认为不变。     

用于超声电机的新型驱动电源设计

针对超声电机对激励电源频率、幅值、波形的要求,设计了一种新型超声电机压电陶瓷激励电源。该激励电源输入电压为12 V,经过DC-DC降压变换电路调压后输入4路推挽升压电路叠加输出。输出幅值可达600V,频率在10～100 kHz范围内可调,同时两路电源间可实现任意相位差。在工作频率范围内无须对压电陶瓷进行阻抗匹配即可基本实现正弦交流激励。实验结果表明,该激励电源性能可靠,波形失真小,符合超声电机对激励电源的波形要求。     

液体媒质超声波电机中液体媒质的负载效应

针对液体媒质超声波电机中存在的液体媒质对定子振动特性的影响,阐述了液体媒质超声波电机的工作原理,并在此基础上利用声场和定子振动的耦合方程研究了液体媒质的负载效应,分析了液体媒质对定子谐振频率的影响.利用ANSYS建立电机有限元模型,通过耦合场分析研究了液体媒质的高度、密度和声速与定子谐振频率的关系.分析发现,随着液体高度、密度的增加,负载效应增强,定子谐振频率降低;而当声速增加时,负载效应减弱,定子谐振频率增加.实验结果证明了理论分析的正确性.     

卧板式直线超声电机的特性分析模型

直线超声电机摩擦接触特性对电机性能的影响很大,直线超声电机的摩擦驱动机理往往不同于旋转超声电机,无法应用旋转超声电机的接触模型对其进行分析。针对一款卧板式直线超声电机,基于弹性接触理论建立了其摩擦接触分析及特性预估模型。该模型考虑了施加预压力后定子工作状态的改变,以及定、动子相对滑动速度差对摩擦力的影响。利用所建立的模型,对卧板式直线超声电机的机械输出特性进行了仿真计算,并分析了定子振动特性、预压力、接触界面摩擦特性、施加预压力弹簧刚度特性、驱动频率等参数对电机机械特性的影响。制作了样机,并对样机的机械性能进行了测试。试验结果表明,所建立的模型对直线超声电机特性的估算是有效的,可以为直线超声电机的设计和特性分析提供参考。     

电机定子结构及其绝缘介电常数的频率特性对定子绕组电容值的影响

确定电机定子线棒的高频参数对于研究局部放电信号在电机绕组中的传播特性及研究PWM逆变器驱动的交流电机的定子绕组电压分布有重要意义。文中对大型汽轮发电机定子线棒的电容做了比较详细的研究，内容包括：对电机定子线棒复合绝缘等值介电常数的频率特性的测试研究、采用数值计算方法计算出用铝箔纸裹住的电机定子线棒的多导体传输线模型的单位长度电容、线棒股线间薄绝缘对电容的影响、对铁心硅钢片叠片间隙对电容的影响等。其数值计算结果与之前测量得到的电容值比较吻合，这也证明了通过测量开路阻抗、短路阻抗来得到电机定子线棒分布参数的试验方法是有效的。     

“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。