数控机床电机散热温度场的数值模拟研究

电机作为数控机床的核心部件，其性能影响着机床主轴系统的精度、电机效率和使用寿命．因此，合理设计高速电机的结构使其处于最佳的温度场，了解电机在运行过程中各空气区域内的速度及温度分布非常重要．本文以某机床的电机定转子作为研究对象，利用CFD软件对转子通风道的设计方案进行数值模拟，通过数值模拟分析电机内部的流场温度场及流场分布．根据模拟结果进行优化设计，在转子和定子之间进行单排孔和双排孔的优化方案设计，通过温度分布确定最佳设计方案，为电机转子通风道的散热优化设计提供有意义的参考．     

摩擦材料应用方式对超声波电机驱动特性的影响

摩擦材料是超声波电机的关键零件,其应用方式直接影响超声波电机的驱动特性.以行波超声波电机为研究对象,将摩擦材料分别应用到转子和定子上,与相应的定子和转子组合,模拟超声波电机的接触方式,研究了超声波电机的负载和磨损特性随摩擦材料应用方式的变化规律.借助于阻抗仪测试了摩擦材料应用到定子齿面前后的阻抗特性,采用精密粗糙度仪和金相显微镜评价了超声波电机定子和转子接触界面磨损前后的形貌变化及其磨损模式.结果表明:当摩擦材料应用到定子齿面时,定子的谐振频率略微降低;当2台超声波电机空载转速相同时,摩擦材料应用到定子齿面与金属转子配副时可获得较大的堵转力矩,定子摩擦材料表面呈现抛光的磨损特征,而当摩擦材料应用到转子表面与金属定子配副时,转子摩擦材料表面呈现较严重的犁沟磨损.     

薄型超声电机与定子振动模态的激发

论述了薄型超声电机的工作机理。分析了电机压电片的布置与激励信号的关系，探讨了定子弯曲模态的激发问题。设计并制作了一种新的薄型超声电机。电机转子安装在圆环定子内，能够显著减小电机厚度，电机定子采用双压电片结构，可以避免激发出定子的非轴称模态。完成了电机运转实验，电机运转平稳。     

行波型超声波电机摩擦特性的实验研究

超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置,通过试验比较了摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数,分析了定子相对转速(速度)、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响.根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态对摩擦系数与预紧力等的对应关系进行了说明,分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果以及温度对摩擦系数的影响,确定了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型.超声波电机的驱动摩擦特性是1项基础性工作,有助于行波形超声波电机设计、建模和驱动控制等.     

单相旋转型驻波超声电机的数学模型及仿真

尽管单相驱动的旋转型驻波超声电机的原理样机早巳研制成功，但对这类电机的运动机理的研究却一直局限在定性分析上。本文将从能量角度，根据Hamilton变分原理，定、转子摩擦界面采用纯滑动模型建立了该种电机的数学模型；并根据此模型，用MATLAB语言作了计算机仿真，得到了该种电机的开、关过程动态响应。     

杆状弯曲行波型超声电机运动机理研究

为了深入研究杆状弯曲行波型超声电机的运动机理，本文分析了定子表面质点椭圆运动轨迹的形成，并将椭圆运动分解为产生驱动力的有效椭圆运动与使定、转子产生径向滑动的径向直线运动；然后基于有效椭圆运动变化情况，分析了在两相振幅不平衡和任意相位差情况下对转子运动平稳性的影响，为这类电机的设计和性能控制提供理论依据。     

纵扭型压电超声电机的结构优化

对纵扭复合型压电超声电机的结构进行了优化，包括压电陶瓷片的制作和安放位置、纵振位移振幅和扭振线切变位移振幅的放大，并对大直径电机进行了有限元分析，认为定子和转子应按振型设计接触面。     

面内行波超声电机定子表面质点运动轨迹与电机转矩

提出了面内行波超声电机的摩擦模型 ,研究了面内行波超声电机的动力传递机理 ,得出了电机的理想工作点 ,同时将电机的转矩和效率与定子表面质点的法向位移、切向位移及预应力相结合 ,提出为了实现电机大转矩和高效率 ,表面质点的法向位移应与转子接触区域质点的周向运动方向相同 .在满足上述条件的基础上 ,定子表面质点的切向位移和法向位移之比应尽量大 ,最佳比值应在考虑定子和转子之间的预紧力的条件下 ,使得电机工作于最大静摩擦力下 .最后采用有限元计算进行了验证     

无刷直流电动机的新型位置传感系统

本文提出了无刷直流电动机的一种新型转子位置传感系统,结构简单可靠,能够提供准确的转子位置信息,适合于与电机系统的一体化。实验结果表明,该系统精度可以满足无刷直流电动机矢量变换的要求。     

电机的电磁参数对转子共振的影响

一、引言转子轴系临界转速是一个比较老的问题,但是电机电磁参数对临界转速影响的规律却研究很少,而且电磁参数对电机转子轴系的临界转速有很大影响这个问题的提出,开始是不易被人接受的,但这在我们的实验研究中已被证实了。理论研究和实验结果表明,连续改变不同的电磁参数大小,可以使临界转速逐渐减小,令人感兴趣的是可以大     

电动桥式起重机负载升降过程的系统动力学模拟

从系统的角度考虑电动桥式起重机起升机构工作过程中的动力学模拟问题。首先,由系统的拉格朗日函数、约束条件和电机的磁共能定义修正的拉格朗日函数;随后,应用Hamilton原理和三相感应电机瞬态模型得出起升机构工作过程中电动桥式起重机系统的运动方程。为验证模型的效果,本文还进行了转子串电阻速度控制系统控制下的32t电动桥式起重机吊运额定负载下降过程的数值模拟,分析了高速浮动轴扭转刚度以及制动过程中转子电阻的配置方案对系统动力响应的影响。模拟结果表明,制动过程中起升机构高速浮动轴所受载荷远大于起动过程中所受载荷,制动开始时在电机转子电路中增加一级较大的外串电阻有利于减小下降制动阶段系统中的动载。     

电驱动偏心转子与复合振动环境振动同步的理论研究

在振动环境中，当带偏心转子的电机旋转角速度与振动环境的角频率相近时，两者可以实现振动同步。针对这一特殊现象，本研究提出一种小参数积分均值法来研究该振动同步问题，设置电驱动偏心转子角速度与振动环境角频率之差的积分均值为变量，通过积分变换将电驱动偏心转子与复合振动环境之间的动力学方程转化为二阶周期系数微分方程，应用周期系数二阶微分方程相关理论推导得出实现振动同步的同步性判据和稳定性判据，并通过数值仿真验证了同步性与稳定性判据的有效性。本研究提出的将电驱动偏心转子角速度与振动环境角频率之差的小参数积分均值法，为研究振动同步理论提供了一种新的方法。     

用BP神经网络诊断电动机断条

本文对感应电动机故障诊断原理和方法进行了分析，并以电流频谱分析法为基础，应用BP神经网络诊断感应电动机转子断条数，给出了网络训练和测试结果，该方法根据感应电动机的运行状态参数，可以直接诊断出感应电动机转子的断条数的多少，具有智能化诊断，诊断准确，精度高等特点。该方法已应用于作者开发的虚拟电机故障分析诊断仪中，取出了很好的效果。     

磁悬浮飞轮转子组件温度场分析与研究

磁悬浮飞轮作为一种航天器的姿态控制执行机构当其工作在高真空环境下时，散热条件差，系统温度过高，导致转子组件热膨胀，产生热应力或改变磁轴承及电机的间隙，则会降低系统的可靠性。利用有限元软件ANSYS对一种磁悬浮飞轮系统的转子组件进行了温度场仿真，考虑了传导及辐射的传热方式，得到了飞轮转子组件的温度场分布，并且分析了组件材料属性对温度场分布的影响，最后对飞轮系统的强化传热进行了研究。分析所得温度值与实验测值相符，为磁悬浮飞轮系统的热设计及总体结构设计提供了重要依据。     

用机电耦合模型研究转子系统的非平稳过程

建立恰当的转子系统模型,对非平稳过程进行正确完备的描述是进行转子系统设计、实施状态监测和故障诊断的关键。通过考虑驱动电机的影响,建立了异步电机-受驱转子系统的机电耦合数学模型,并利用该模型对机电转子系统由串联补偿电容和负载波动引起的两种机电耦合非平稳过程进行了数值研究。研究结果表明：建立的机电耦合模型可以多方位地研究转子系统在非平衡过程中的机电耦合动力学规律。     

基于声流的非接触超声电机理论分析与试验研究

针对传统超声电机存在严重的摩擦磨损及难以长时间连续工作的问题,本文中基于声流原理设计了1种新型的非接触式超声电机.建立电机定子谐响应有限元分析模型,获得其工作频率及结构振型,并对悬浮间隙内的声流场进行建模,采用雷诺应力法求解声流场驱动力,分析不同激励电压下转子转速以及驱动力的变化规律.为验证模型的合理性,搭建试验测试系统并进行性能测试对比分析.结果表明,该电机在声流驱动下能够稳定地运转,转速随着电压的升高而单调上升,驱动电压为1 430 V时,转子转速可以达到28 r/min.理论结果与试验结果具有较好的一致性,验证了模型的合理性.     

纵扭复合型超声电机预压力和输出扭矩的关系

建立了纵扭复合型超声电机定子和转子之间的接触模型,根据模型讨论了预压力、纵振激振电压、扭振激振电压、摩擦力及电机能提供的最大扭矩之间的关系。指出在一定的条件下,施加某一预压力时电机的输出扭矩最大。所得计算结果和实验结果基本吻合。     

基于静电悬浮转子的硅微陀螺技术

设计了一种转子采用五自由度静电悬浮的微机械陀螺。微陀螺基于玻璃-硅-玻璃键合的三明治结构、环形转子、体硅工艺、电容式位移检测方案;采用公共电极施加高频激励信号,基于隔离网络和频分复用的方法实现检测电极与加力电极的复用以简化陀螺结构;通过有源静电悬浮系统约束环形转子沿五自由度的运动,并提供足够的支承刚度;转子的转速控制基于三相可变电容式电机驱动方式,借助于检测转子与定子旋转电极的电容变化获得转子速度以实现转速闭环控制。目前已加工出基于深反应离子刻蚀工艺的微结构,采用基于DSP的数字控制器实现了环形转子的五自由度稳定悬浮。     

电动机-弹性连杆机构系统的动态方程及其响应

针对三相交流电机转子振动偏心时不均匀气隙的气隙磁场,分析其实际运行状态的机电耦合关系．建立以电机横振、扭振为节点位移的电机单元,应用有限单元法建立含电机电磁参数和弹性连杆机构结构参数的系统动态方程,并根据该方程对系统的动态响应进行仿真计算和分析,且通过实验进行验征,表明所建方程较好地反映丁系统动态性能与其电磁参数、结构参数之间的关系．     

行波型超声电机定子摩擦材料的研制及其摩擦磨损性能研究

针对超声电机的工作特性,以环氧树脂为基体,石墨、三氧化二铝和聚四氟乙烯等为填料,采用粘涂法研制出行波型超声电机定子用摩擦材料,与同种转子摩擦材料进行了对比试验研究.结果表明:所研制的定子摩擦材料在Φ60超声电机中具有良好的机械特性,工作频率明显变宽,半峰宽提高2倍左右,可以提高电机的工作稳定性;随着预压力增加,定子摩擦材料在超声振动条件下的摩擦系数降幅变小,其磨损机制主要为粘着磨损和疲劳磨损.