一种基于纵弯模态复合的新型两自由度直线超声电机的研究

提出了一种基于两个弯曲振动模态与一个纵向振动模态复合的新型两自由度直线超声电机。介绍了这种电机的结构特点。阐述了电机实现两个自由度直线运动的原理，并从理论上证明了电机驱动点的运动轨迹为椭圆运动。在此基础上，利用有限元方法设计了电机，并制造了原理性样机。利用PSV-300F多普勒激光测振仪对电机的工作模态进行了测试，实验结果表明，电机的工作振型和工作频率等均满足设计要求。电机的试运行表明了其工作原理和设计结果的正确性，并给出了电机的输出性能。最后指出了该样机存在的问题和改进措施。     

基于十字压电超声换能结构的平面超声电机研究

为了丰富平面超声电机的驱动原理及结构型式,提出十字形压电超声换能式定子驱动的平面超声电机。选定该定子横向杆的面内弯振、纵向杆的面内弯振以及定子的面外弯振作为电机的工作模态。通过面外弯振模态分别与横向杆的面内弯振、纵向杆的面内弯振进行振动耦合,在驱动足上生成沿yoz面和xoz面行进的椭圆轨迹,推动动子交替沿x、y向平移。阐明了该电机的工作原理,基于定子频率一致性工作模态要求,并厘定出最适合驱动频率为24 650 Hz,优化了定子尺寸为25.5 mm×5 mm×5.9 mm。建立定子的FEM模型,对电机进行瞬态分析,当驱动电压250 V时,得到驱动足的x、y、z向振幅可达到3.1、6.2、4.3μm。该电机可望产生较大动力与速度。     

纵扭复合型压电超声电机的研究

概述了纵扭复合型超声电机研制过程中的几个关键技术问题。内容包括电机的工作原理 ,指出了压电陶瓷片的安放位置 ,确定了一种电机的结构形式 ,该结构形式能调节所需两共振频率趋于一致。用优化方法对该结构形式的定子进行动力学设计 ,提高了设计效率 ;驱动控制电路 ;电机加工中应注意的问题。最后装配了一台直径 45 m m的电机 ,实验表明电机具有一定的转速和扭矩。     

环形定子面内回转旋转超声电机原理

提出了利用两个相同的纵振振子与一个圆环相连接的定子结构,配合锥形转子构成的旋转型超声电机。采用两个振子激励下圆环所形成的回转运动推动压在其内圆内的锥形转子旋转的工作方式,定子连续驱动转子可获得较好的输出性能。两个工作模态分别由两个相同的振子激励,容易获得工作频率的一致性。该电机结构简单、制造成本低。原理样机空载转速为54 r/min,堵转力矩为0.33 N.m,起动时间为1.91 ms,关断时间为1.41 ms。     

旋转型行波超声电机定子模态频率的一致性调节

从分析超声电机的工作机理出发,指出旋转型行波超声电机定子两相模态频率不一致影响超声电机旋转稳定性和输出效率。针对材料不均匀或加工误差引起的两相模态频率不一致的问题,利用结构摄动理论,通过求解定子的动力学方程,找到了调节两相模态频率一致性的方法。利用这一方法,以南京航空航天大学研制的某TRUM-60型超声电机为例,进行了AN SY S有限元计算,寻找合适的调节位置,并对两相模态频率不一致进行了调节,利用多普勒激光测振仪,对修改前后的定子的模态频率进行了测试,两相模态频率差从调节前的0.42kH z变为调节后的0.04 kH z。结果表明:这种方法对于调节定子两相模态频率的一致性是非常有效的。     

电动汽车用永磁同步电机电磁振动与噪声性能优化（英文）

在以往的电动汽车驱动电机设计中,经常忽略电机的电磁振动噪声问题,这无疑会降低车用电机的运行可靠性和使用寿命。为此,本文以一台车用内置式永磁同步电机为例,提出了一种在驱动电机电磁设计时进行电磁振动噪声分析和优化的方法。首先,基于电磁场理论和麦克斯韦应力张量法,推导并分析了引起电机电磁振动噪声的主要因素——气隙电磁力的主要空间和时间谐波构成。其次,通过建立电机电磁-结构-声多物理场耦合仿真模型,仿真分析了电机气隙径向电磁力时空谐波分布和定子模态分布,并初步计算了电机在高速工况下的振动和噪声性能。然后,结合有限元分析和现代优化算法,提出了一种在电磁设计阶段进行驱动电机电磁振动和噪声性能的优化方法。最后,通过所提出的电磁振动噪声优化方法改善了一台内置式永磁同步电机的电磁振动和噪声性能,并通过对比优化前后电机的电磁振动噪声性能,验证了所提出优化方法的可行性和有效性。     

新型双凸极发电机数字控制原理与实现

电励磁双凸极电机是一种新型交流无刷电机,它具有结构简单、可靠性高、维修方便等优点,用作发电机具有调压控制简单、可故障灭磁等优点。文中首先介绍了电励磁双凸极发电机系统的控制原理,并分析了发电系统的控制规律。为优化控制P I参数,提高系统的动稳态性能,通过M atlab仿真获得根据输出电压与给定电压的偏差的变P I参数组合,并经试验优化该P I参数组合。然后,通过硬件构成与软件设计两方面介绍了基于DSP控制的电励磁双凸极发电机系统的设计方法。最后,以一台30 kW发电机为例,设计了一套数字调压器,并进行了系统试验。实验结果表明,电励磁双凸极发电系统采用变P I参数的控制方法具有良好的动稳态特性。     

基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机(英文)

介绍了基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机的运行机理.在梁弯曲振动模型的基础上,对螺纹杆式直线超声电机进行动力学分析,推导出电机定子驱动点的空间运动轨迹方程,并阐明了电机运行机理.本文应用有限元法分析了电机的振动模态和结构,设计并研制了样机.样机定子的尺寸为13 mm×13 mm×30 mm,最后对电机输出特性进行了测试,最大输出力为5.2 N.     

直线型驻波超声电机的定、动子间接触及摩擦分析

针对一种基于面内振动的直线型驻波超声电机的定、动子接触过程和摩擦机理进行了研究。在分析中将摩擦材料层简化为分布式线弹簧,利用对电机驱动过程中等速点和接触点的相对位置的分析,将接触区域进行了分区段的讨论,推导出电机速度和输出推力的关系并进行了计算机仿真。进而对不同间距下电机定、动子接触过程进行了分析和仿真。结果表明：电机的定、动子间距在建立摩擦模型中起关键作用,其变化对电机机械特性有显著的影响。     

单模态驱动双向运动的斜动子V形直线超声电机

针对双模态超声电机对模态频率一致性要求高以及单模态超声电机难以实现双向运动等问题,提出了一种单模态驱动双向运动的斜动子V形直线超声电机。电机由导轨和V形定子构成,导轨相对于V形定子倾斜安装,V形定子的工作模态为面内对称模态或面内反对称模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对导轨的倾斜方向,实现导轨正反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角范围,并对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明:在导轨倾角为35°,激励峰峰值电压为600V,预压力为65 N条件下,当电机工作在面内对称模态,导轨正向运动,其最大空载速度为180mm/s,最大输出力为14N;当电机工作在面内反对称模态,导轨反向运动,其最大空载速度为125mm/s,最大输出力为24N。     

Turned off Characteristics of Linear Ultrasonic Motor

The high controllability and high resolution control of linear ultrasonic motors depend on effective control of driving signals.For a good control characteristic,step control which the driver output turned off and on was used.Therefore,a novel dual PWM topology structure ultrasonic motor driver was designed and analyzed.According to the characteristics of the circuits,two kinds of hardware turned off methods named methods A and B were discussed.The differences of the voltage applied on motor by different methods were figured out.Finally,a series of experiments were carried out in the clean room to study the influence of step characteristic by different turn off methods.The experimental results show that the steplength was 230 nm by method A and 125 nm by method B,while cycles of driving signals were 6.The method B has a smaller steplength when cycles are 6.The average steplength varies in non-linear while driving cycles changing.The steplength varies approximately in linear while voltage amplitude changing.Therefore,method B is better to implement step control,because it gets a better control in positioning system.     

基于直线型超声电机的两自由度精密定位平台

搭建了一种新型两自由度精密定位平台,主要由直线型超声电机、直线导轨、工作台三部分组成。采用了直线型超声电机,利用非统一截面杆在正交方向上的两个四阶弯振模态作为工作模态,其最高速度为190mm／s,最大推力为19N。该平台具有响应速度快,无后冲,高精度,断电自锁和工作行程大的特点。在位置检测装置具有1μm分辨率的情况下,其闭环最高定位精度小于2μm,且开环分辨率可达到1μm。     

小型杆式超声电机及其驱动电源的研究

开发了一种驱动仪表指针用的新型小型杆式超声电机,分析了电机定子等效电路参数的测量方法.为了缩小驱动电源的尺寸,根据谐振升压原理,研制了与该杆式超声电机相匹配的小型无变压器驱动电路.理论分析证明,当选择基波频率驱动、开关信号占空比为0.65时,驱动电路的工作效率最高.实验结果表明,电机的最高空载转速为520 r/min,最大输出扭矩为4.5×10-3N·m,故验证了样机及驱动电源设计方案的正确性.     

Influence of Friction Interface Contact on Ultrasonic Motor Efficiency Under Static Conditions

The friction interface matching plays a deterministic role in the motor efficiency,and the microcosmic contact status of friction interface should be investigated to improve the ultrasonic motor performance.The main purpose is to improve the effective output power of ultrasonic motor.Hence,one studies the contact condition of the friction interface of the ultrasonic motor,analyzes the micro condition of contact interface through finite element analysis,optimizes unreasonable structures,and compares the two different-structure ultrasonic motors through experiments.The results reflect the necessity of optimization.After optimization,the stator and rotor deform after pre-pressure and the contact interface of them full contact theoretically.When reaching heat balance the effective output of the motor is 37%,and the average effective output efficiency is 2.384 times higher than that of the unoptimized.It can be seen that the total consumption of the ultrasonic motor system decreases significantly.Therefore,when using in certain system the consumption taken from the system will decreases largely,especially in the system with a strict consumption control.     

一种新型微型杆式超声电机及其驱动原理

提出了一种新型微型杆式超声电机,并对该杆式电机的驱动机理进行了仿真。该电机采用两段金属柱体压紧5片压电陶瓷片作为定子。该定子结构和压电陶瓷片的布局方式可以提高其机电转换效率。为尽量减小定、转子之间的径向滑移以提高摩擦传动效率,电机采用了柔性转子,对原理样机及其微型驱动器进行了性能实验。电机的外径为9mm,长度为15mm,重3.2g。当电机工作在杆式定子的一阶弯曲频率(72kHz)附近时,电机实测最大转速为520r/min,最大输出力矩为4.5mN·m。实验结果表明,该电机具有良好的稳定性,利用频率自动跟踪技术对电机转速进行闭环控制,可以将其转速波动稳定在3%之内。     

Working Mechanism of a Kind of Non-resonant Linear Piezoelectric Motor with Flexible Driving End

A non-resonant piezoelectric linear motor with a flexible driving end,which has an extensive working frequency range and good operation stability,is studied theoretically and experimentally.Based on the microscopic vibration characteristics of the motor stator,the longitudinal vibration model is established for the whole motor system.According to the Coulomb friction model and the motor vibration model,the friction mechanism of the nonresonant piezoelectric linear motor is investigated by dynamical analysis of the whole motor system.Furthermore,the vibration characteristics and mechanical output characteristics of the stator are simulated and experimentally studied on the basis of the friction drive mechanism model.Finally,both the simulation and experimental results show that this kind of motor remain stable in the frequency domain from 2.2 kHz to 3.5 kHz and that when the pre-stress is 4 Nand the driving voltage is 90 V,the maximum velocity of the motor is above 4 mm/s and the maximum thrust is nearly 0.5 N.