十字形压电振子同型模态振动驱动的平面电机

提出十字形压电振子同型模态驱动的压电平面电机新原理,选定该振子的面外弯振、面内横杆弯振、面内纵杆弯振为工作模态,利用面外弯振分别与面内纵杆弯振、面内横杆弯振的振动耦合,在纵、横杆驱动足上生成沿x Oz、y Oz面行进的椭圆轨迹以推动动子沿x、y向移动。阐明电机驱动原理,优化出振子尺寸为60 mm×60 mm×7.8mm,厘定电机最适驱动频率为30 127 Hz。建立振子机电耦合模型,研究驱动足的振动特性,模拟出驱动足的椭圆轨迹,仿真得到在250 V电压激励时驱动足的x、y、z向振幅分别为1.6μm、1.6μm和1.2μm。建立电机的整机分析模型,探析驱动电压、频率、相位差、预紧力对电机速度的影响。在正常驱动条件下,电机速度可达50 mm/s。该电机在平面装置驱动中的应用前景广泛。     

H-结构薄板纵弯复合模态驱动的压电直线电机

为高性能压电直线电机设计奠定基础,推出基于H型振子的直线电机并利用该振子两纵向杆面内一阶纵振与二阶弯振驱动电机。研究电机的驱动机理并从理论上阐释振子纵杆驱动端质点的椭圆运动形成过程;建立振子有限元模型并对其工作模态、灵敏度、谐响应进行分析;优化振子结构尺寸,完成电机装配结构设计并制作出振子、电机实物;对振子进行模态试验,结果显示该振子不仅具有预设的工作模态,且在正常激励条件下,驱动端纵、弯振幅值分别可达1.2 μm,1.4 μm。研究表明,该电机有望产生较大速度与动力。     

用于引信隔爆机构的双振子直线超声电机设计

目前,战争改变了以往的地毯式打击方式,实现了高效损伤与打击的精准快速。作为一种对目标进行直接打击的武器,导弹的损伤效能在一定程度上取决于引信隔爆机构。本文主要介绍用于引信隔爆机构的双振子直线超声电机,这一新型设计有机结合了隔爆机构和电机,在电机工作原理的基础上,对使用双振子直线超声电机的可行性进行分析。结果证明,新型的双振子直线超声电机符合引信隔爆机构的设计要求。     

双足驱动双压电晶片直线超声波电机运行机理研究

研究新型直线超声波电机运行机理,采用双压电晶片及双足驱动结构,具有结构简单、无需频率简并、易于小型化等优点。详述其结构、振形特点及工作机理。建立电机定子振动响应有限元模型,给出输入阻抗计算方法。用已建模型计算获得定子驱动足接触点在谐振频率点附近振幅,推导驱动足接触点运动轨迹。通过实测定子阻抗特性将所得结果与理论分析进行比较。     

用于超声电机的压电陶瓷的探讨

在测试了国外超声电机用压电陶瓷晶片的性能以后,提出超声电机用压电晶片必须具备五高一低的特性,并制备出适用的压电晶片,经过多种振动模式超声电机的实际试用达到良好的效果。并进一步讨论了超声电机用陶瓷晶片深入研究的方向。     

双足型直线超声电机的结构及实验

研制了一种新型直线超声电机，首先对其驱动机理进行探讨，设计电机的具体结构，其次对定子进行频率响应实验，模态实验，实验显示电机可有效激励出所需振型，正反向运动灵活，电机的工作频率42550Hz；最大无负载速度可达76mm／s，最大输出推力2N。     

旋转式惯性压电电机的振子模型研究

提出了一种新型旋转式压电惯性电机,利用压电双晶片振子作为驱动元件,用锯齿波作为激励电信号产生惯性冲击力使电机旋转。分析了旋转式压电惯性电机的驱动机理,建立了压电振子的动力学模型,求解了振子的自由振动固有频率和模态函数。分析了影响压电振子固有频率的系统参数及其影响规律。计算结果表明梁端部模态函数值与质量系数α的值成反比。这些结论为压电惯性电机的设计和进一步的研究提出了新的思路和方法。     

超声电机用压电材料的研究进展

压电材料是超声电机的核心,压电材料性能的优劣在很大程度上影响和制约着超声电机的发展.从几个方面对超声电机用压电材料的应用及研究进展进行了评述和探讨.在总结超声电机对压电陶瓷性能的要求以及目前压电陶瓷的使用现状之后,从配方、工艺、质量3方面提出了可能的改进方法,针对超声电机在特殊环境下的服役条件,介绍了弛豫铁电体单晶和高居里温度压电陶瓷等新型压电材料在超声电机上应用的新进展,提出了未来超声电机对压电材料的要求.     

U型变截面薄板面内复合模态驱动的直线超声电机

提出一种U型变截面薄板结构驱动的压电直线超声电机,选定U板两纵杆的一阶反对称纵振和二阶对称弯振为工作模态。阐释了电机驱动机理,推导了定子驱动端椭圆运动轨迹;基于纵、弯工作模态频率一致性模型,优化了电机结构尺寸;通过谐响应分析及激光测振试验,证实了定子工作模态的存在及其纯正性;设计出电机装配结构,制作出其原型样机;构建电机驱动控制平台,驱动电机运转,验证电机原理的可行性。通过速度特性试验发现:当驱动频率为78.11 kHz且电压幅值为240 V时,电机最大运动速度可达125.6 mm/s。     

两相超声电机驱动电路设计

两相超声电机是近年来普遍使用的一种先进的超声电机,是科学技术发展的重要产物。由于用于两轴工作平台的两相超声电机逻辑控制电路要求相对复杂,因此,本文提出了一种基于模拟式和数字式的解决方案,并对两个方案的特点进行了对比。研究表明,模拟式驱动方案能够有效解决前期对两相电机的驱动需求,但是却不能很好地处理工作平台两轴之间的快速切换,且该方案操作繁琐。而数字式驱动方案能够有效解决上述问题,在驱动波形的产生、功率放大和稳定控制上更加简便、快捷。     

Developments of piezoelectric ultrasonic actuators operating under bending hybrid vibration modes

The exciting methods for the sandwich type piezoelectric ultrasonic actuators used bending hybrid modes are investigated. Five exciting methods are discussed and compared in detail, in which the polarizations and the partitions of the ceramic rings are different. Harmonic analyses are developed to obtain the effects of the exciting methods on the electromechanical coupling factors and the vibration amplitudes. At last, five prototypes are manufactured to verify their differences. Both the simulation and experiment results prove that the exciting method using ceramic rings with four separated partitions achieves great improvements on the efficiency, velocity and force, synchronously.     

金属方柱压电片复合微型超声电机的研制

研制了一款金属方柱压电片复合微型超声电机。相对于圆柱型电机,这种形式的电机的电场极化更充分,以及信号线的焊接更易实现。定子帽的材料用钢或铜。文中计算了整个电机定子换能器的模态和谐响应,理论上分析了不同方向转动惯量一致,可以形成椭圆运动的原理。实验测试了电机的共振频率、转速、转矩等。结果表明这款电机的自由共振频率约100kHz,无载转速可达到6000r/min以上,最大转矩可达60!Nm以上,理论和实验基本一致。该电机具有很好的实用化前景。     

变参量超声电机驱动电路的设计与分析

超声电机驱动电源一般是通过调占空比实现超声电机的控制.文中介绍一种由单片机控制可以同时实现调频、调占空比和调相位差的驱动与控制线路.实验结果表明该驱动源频率变化范围达20kHz～100kHz;相位差0°～90°可调;占空比0.1～0.5可调.     

微型斜超声波电机的研究

提出一种新型微超声波电机——斜齿型微超声波电机。它是利用压电材料的逆压电效应，将交流电信号转变成定子表面超声频率的机械纵向振动，借助于定子表面的斜齿与转子的相互压紧，使斜齿端面质点产生椭圆运动，实现转子单方向旋转运动，该电机的驱动力矩较大、反向自锁力矩大、结构简单。文中将定子斜齿与转子接触分为三个阶段——接触黏着阶段、接触滑移阶段和分离阶段，建立定子斜齿与转子耦合的非线性动力学模型，并对其进行仿真研究，分析电机的瞬态响应特性及主要结构参数对电机机械特性的影响；最后，研制了尺寸为乃10的斜齿型微型超声波电机，经过实验表明，电机的堵转力矩可达10mN·m以上，空载转速达到840r／min以上，连续运转性能良好。     

利用压电驱动的半球缺群无阀泵试验及其混合泵送性能分析

为满足微流量、小流量压电液体混合与输送方面的要求,提出了一种集流体混合与泵送为一体的半球缺群无阀泵,该泵利用半球缺的圆面与球面对流体的阻力不等,配合压电振子的往复振动实现对流体的泵送;同时,利用半球缺群对流体的遮挡、干扰效应产生的湍流和旋涡实现对流体的高效混合。在解析泵的工作原理、振子振动特性、泵理论流量基础上,进行了流量与电压、频率及行数、列数变化的半球缺群的关系试验,获得了泵系统的低频谐振频率为6Hz,并在电压及频率为160V、6Hz时,半球缺群4×3得到了53.2mL/min的泵流量,电压及频率为180V、6Hz时,半球缺群3×3得到了59.4mL/min的泵流量;对半球缺群行数、列数及间距变化对混合效果的影响进行了仿真研究和试验验证,得到了增加行数、列数及间距均能提高不同液体间混合效果的结论,试验及仿真分析的结果验证了半球缺群无阀泵能够较好地实现对流体的混合与泵送。     

Y形旋转超声波马达的设计与动态特性分析

为了探索和丰富旋转超声波马达的结构,使其满足响应精准且速度快以及控制简便的要求,设计了Y形旋转超声波马达,并对其结构及动态特性进行了分析。Y形旋转超声波马达将3组压电陶瓷片的横向振动复合成驱动足端面对转子的微幅驱动,通过摩擦耦合在惯性作用下推动转子顺时针或逆时针旋转。运用Workbench软件中的Design Exporation组件对Y形旋转超声波马达定子组件的结构尺寸进行了优化设计,提升了定子组件的性能。构建优化后Y形旋转超声波马达定子组件的有限元仿真模型,并通过模态分析获得了定子组件工作所需的固有振型,通过谐响应分析获得了定子组件的幅频特性曲线,通过瞬态分析获得了1个激励周期内定子组件的振动模态,验证了Y形旋转超声波马达的驱动机理。结果表明,Y形旋转超声波马达压电陶瓷片表面施加电压的最佳频率为20 739 Hz,对应的驱动足端面的振幅为6.95 μm。Y形旋转超声波马达结构简单且具有对称性,能效利用率高,对拓宽超声波马达的应用领域有重要参考价值。     

新型旋转式压电惯性电机振子的冲击振动分析

新型旋转式压电惯性电机,是一种利用压电双晶片振子作为驱动元件,利用锯齿波作为激励电信号产生惯性冲击力的旋转电机。本文研究压电惯性电机振子在pzt元件激励下的冲击受迫响应。推导出了压电陶瓷片两端电压响应方程,以及压电振子梁的冲击受迫响应方程。分析了激励信号频率对振子梁端部响应的影响规律。同时,分析了不同激励信号占空比情况下振子梁端部响应变化规律,以及结构参数对电机驱动力矩的影响规律。分析了提高电机驱动力矩的有效途径。     

纵弯复合多自由度球形超声电机的研究

摘 要：目前国内外对多自由度超声电机的研究和应用尚属探索阶段,出现了多种结构的多自由度超声电机。本文提出了一种新型单振子纵弯夹心换能器式超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度振动轨迹,驱动球形转子作多自由度运动;对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并;建立了驱动足的运动轨迹方程,并仿真分析了典型驱动方式下驱动足的振动轨迹;试验测试了样机转子绕X、Y、Z轴转动的速度与电压之间的关系和转矩与速度之间的关系,计算了相应情况下电机的最大效率;电机旋转方向与分析结果一致。
     

弯振复合型超声驱动器振动特性研究

为了避免模态复合型超声驱动器中普遍存在的频率简并问题,作者在前期研究中提出了一种新型的弯振复合型超声驱动器。该驱动器采用压电金属复合梁两个正交弯振模态的复合在两个驱动足处激励出椭圆轨迹振动。本文对该驱动器的振动特性进行深入研究,旨在获得驱动区域质点的真实运动轨迹。首先,建立了矩形截面梁在弯振复合模态下末端区域质点振动轨迹的数学模型;然后,借助有限元瞬态分析,对驱动足振动轨迹进行仿真,实现对所建立振动轨迹数学模型的验证。振动轨迹方程和仿真结果均表明：两个驱动足表面质点振动轨迹均为三维的椭圆,垂直于驱动器轴线的平面内的椭圆振动更适合用于致动输出。最后,分析了该驱动器存在的不足之处,提出了一种改进方案,采用对称设置压电陶瓷片实现两个驱动足振动特性的一致;通过瞬态分析在两个驱动足处得到了一致的振动轨迹,改进的样机实现了输出特性的显著提高。