超声马达发展与应用

 超声马达(简称USM)是国内外日益受到重视的一种新型直接驱动电机。同传统的电磁电机不同,USM没有磁极和绕组,不依赖电磁相互作用来传递能量,而是利用压电陶瓷的逆压电效应,将材料的微观形变通过共振放大和磨擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动(直线或旋转)。USM具有功率密度大、无电磁干扰、低速大转矩、动作响应速度快、运行无噪音、无输入自锁等特性,在非连续运动领域比传统电机性能优越,USM在工业控制系统、汽车专用电器、超高精密测量仪器、办公自动化设备、智能机器人等领域具有广阔的应用前景,近年来倍受科学界和工业界的重视,是机电控制领域的一个研究热点。     

超声马达

本文简要介绍超声马达的工作原理和特点，及其发展现状和应用前景，指出为提高超声马达所需要研究和解决的问题，介绍了按定子振动激发方法的分类方法，例举几种研究较多的超声马达，并说明其各自的特点。     

超声马达实验

本文介绍超声马达实验的原理和方法，用常规仪器测量并绘制导纳圆图、测量自制超马马达的输入功率和输出力矩。     

直线超声马达实验

本文介绍了直线超声马达的结构、原理和实验内容．     

直线超声马达实验

本文介绍了直线超声马达的结构，原理和实验内容。     

压电超声马达简介

近年来压电超声马达很引入注目．传统的马达是利用电磁力驱动的，而压电超声马达则是利用压电或电致伸缩材料作为驱动源，直接推动可运动的部件产生直线的或旋转的运动．本义重点介绍压电蠕动马达和超声行波马达的原理和简单结构．     

压电超声马达的摩擦和噪声

对一种基于弯曲振动模式压电超声马达中的突出问题──摩擦、噪声及其对马达性能的影响进行了研究．考察了马达转子摩擦材料、转子与定子之间的压力、工作频率、电路匹配等因素对马达运转噪声、转速力矩输出和运转平稳性等的影响．实验结果揭示,马达运转噪声除了与摩擦材料有密切关系外,还与其它诸多因素有关．实验中还发现,改变定子与转子之间的压力,不仅马达噪声大小会发生变化,而且噪声的主频成分也会改变．     

弯曲振动模式压电超声微马达研究

对一种圆柱状结构、基于弯曲振动模式的压电超声微马达作了一些结构改进性探索和实验研究,并采用有限元方法对其振动模式进行了分析.已研制的直径为15mm、长25mm的微马达样机,显示出非常高的角分辨率(0.01°)、低速(30r/min~70r/min)和大的力矩(0.055N.m)特性,已在激光多维精密控制系统中获得成功的应用。     

纵向振动超声马达的力学模型

提出并建立了一个纵向振动超声马达的力学模型。阐述了超声马达的工作机理,对定子和转子在间断接触时的粘连和滑动做了理论分析,给出了马达的驱动力随时间连续变化的解析表达式。对超声马达的速度、输入输出能量和效率等进行了分析,特别讨论了驱动频率、初始压力、转子的转动惯量和外加力矩对马达特性的影响。数值结果表明,按照本文模型得到的结论与模拟结果和实验结果相吻合。这些结论与结果为超声马达的构造、设计和控制等提供了可资参考的理论依据。     

弯纵复合超声直线马达的研究

本文研究了一种利用一阶纵振动和二阶弯曲振动的弯纵直线超声马达，采用加粗两端金属块的方法达到频率简并。实验测量得出一阶纵振动为36．6kHz，二阶弯曲振动频率为37．3kHz。利用该马达设计研制了一套驱动装置，经实验测得，当马达的预压力14．3N时，该装置无承载且无负载速度大于6cm／s；该装置承载196N的重物且负载l-2kgf时，仍能正常运行。     

超声马达振动片的理论与设计

本文从理论上分析了模式转换型超声马达振动片的振动理论,振动片顶端力的关系;推导出了振动片的弯曲振动对瞬态摩擦力的响应;讨论了振动片的频率漂移及其宽度和转子直径之间关系等问题,并给出了该振动片的具体设计方法。     

超声振子箝位压电直线微动马达研究

本文提出一种利用环形三叠片超声振子箝位的压电直线微动马达.这种马达的箝位振子与导轴形成摩擦付。振子共振时其动摩擦系数与静摩擦系数之比降为~0.1。箝位振子的激励电压仅为±80V(峰峰值)。马达速度为0—2mm/min;位移分辨率为50nm;驱动力约0.2kgf。这种马达还具有工艺简单的特点。     

超声马达定子齿运动模型的建立

超声波马达作为一种新型的小马力电机已引起科研人员的极大关注.本文中,作者利用解析法建立了行波型超声波马达定于齿的运动学模型,这对进一步研究转子与定子间的接触模型是至关重要的.同时,我们采用有限元法研究了马达在各阶振动模式下接触点位移、马达共振频率与齿高的变化规律,发现齿高在从3mm到9mm的区间变化时,对接触点圆周方向的位移影响较大,特别是在高阶(9,0)振动模式下,而径向位移在齿高6mm左右时基本趋于饱和。我们依据齿的运动数学模型研制出一种新型的三维接触式超声波马达.     

一种驻波型超声马达的研究

研制出一种以长条片关压电陶瓷振子作煊子的驻波型超声马达，该马达具有整体结构简单，易于制作与调整、驱动电路合理、运行稳定的特点；由实验研究，测出了其主要性能参数，利用该马达已开发出特性优异的超声步进马达及时钟模型，小型走纸机。     

换能器式直线超声马达及其实验测试

提出了一种新型换能器式直线超声波马达.该马达具有结构和驱动简单、可方便地实现正反向运动等优点。实验样机的性能参数如下:共振频率21.46 kHz,预紧力 3.2 N下对应的最大速度 400 mm/s,预紧力 1.6N时对应最大推力为 2.1N。研究中利用仿真软件MATLAB计算出质点的几种典型运动轨迹,并从理论与实验两方面分析了两路电信号相移的变化以及两相换能器振动幅值的变化对椭圆运动行为及输出特性的影响。     

一种新型的圆筒非接触超声马达

提出了一种新型的圆筒非接触超声马达.该马达主要工作在驻波状态下,且仅需单路信号激励。文中给出了马达定子的振动解析,并依此设计定子。当马达稳定转动时,采用激光测振仪测得了马达定子的振动模态。实验表明,单路信号激励下同样可以实现非接触驱动。此外还采用高速摄像机拍摄了马达的起动特性。     

分子马达与布朗马达

综述了有关分子马达,主要是肌球蛋白马达和动蛋白马达的实验研究进展情况,并对理论模型,特别是近年来广为流行的布朗马达模型作了介绍和评论。最后展望了这一领域的发展前景及其所面临的挑战性问题。     

直线微动马达箝位超声换能器（PGUT）研究

本文提出一种用于超声微动直线马达的环形三叠片压电箝位超声换能器(Position-Cripped Ultrasonic Transducer,简称:PGUT)。其原理是利用换能器的超声振动产生的表面效应,来实现直线微动马达的箝位或松位。本文给出了这种换能器的共振频率、有效机电耦合系数及实验结果。实验结果表明,PGUT能迅速、平稳的执行箝位、松位动作,并且具有低工作电压驱动V_有效:30-50V)的特点,这种换能器已有效的应用到直线微动马达中。