行波超声马达定子和转子接触状态实验研究

提出了一种直接测量行波超声马达定子和转子接触状态的方法—电接触法。利用这种方法研究了接触预压力和定子激励电压(定子振幅)对定子和转子接触状态的影响。借助于自制的超声马达摩擦特性模拟实验装置,测量了超声马达堵转力矩和空载转速随接触预压力和定子激励电压的变化。提出用相对接触长度描述定子和转子的接触特性,建市了超声马达特性与定子和转子相对接触长度的联系。此外,还利用现有的行波超声马达定子和转子接触理论模型,计算了给定工作条件下接触区长度,并与实验结果进行了比较。研究结果可为行波超声马达的设计提供理论指导。     

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。     

板状行波马达简化电学模型的建立

提出一种利用具有等同振动特性的１／２波长马达定子来建立圆板型行波超声马达电学模型的方法，该方法结合马达定子复合板振动模式的特点，直接利用哈密顿原理对行波型马达定子的等效电路进行精确求解。模型反映了行波马达形成机理，同时计入了马达高阶非轴对称振动模式、齿的结构尺寸、压电陶瓷各向异性等要素。利用该方法可求解行波型马达在各阶常用振动模式下的静态电容、动态电容、动态电感、动态电阻、等效输入阻抗等电学参数，与实验测试达到了很好的一致性。     

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。     

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．     

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。     

Development of ultrasonic motors--recent trends inChina

基于最新参考文献与INTERNET网络查询,本文提出超声马达或压电驱动器在我国科技领域最新的研究成果及其未来走向。其中,能够引起研究人员兴趣的尖端性领域包括超声马达的微型化;具有多个自由度的压电驱动器;具有新颖结构的压电驱动器;超声马达的振动实验测试;高分辨率的压电驱动器;超声马达的使用寿命;超声马达的动力学模型等。     

弯曲旋转超声电机接触界面锥形角的分析与实验

要提高弯曲旋转超声电机电能转换为机械能的效率,就必须尽量减小其定子与转子之间的相对滑移。并且要使马达定转子之间的摩擦接触界面与接触点的振动轨迹相垂直。先论证了一种数学方法去推算这种弯曲旋转超声电机接触界面的锥角计算公式。然后以压电管超声电机为例,研制了一些外径5mm、内径4mm、长15mm但接触界面锥角不同的样机,通过实验证明马达定转子之间的摩擦接触界面与接触点的振动轨迹相垂直时马达转动效果最好。计算结果与实验结果非常吻合,证明了锥角计算公式的正确性。     

圆筒型行波非接触超声马达的激励原理研究

提出了一种圆筒型行波非接触超声马达,以圆筒型振子为定子,矩形板压电陶瓷粘贴在圆筒振子的外表面作为激励源以产生周向行波。研究了激励圆筒振子产生周向行波的原理,分别给出了激励点间在空间和时间上的关系,为有效设计和激励定子提供了理论依据。同时对驱动电源与激励点的连接方法进行了研究。最后根据理论分析,设计了马达样机进行实验,取得了良好的转速输出。     

高分辨特性压电行波旋转马达研究

本文对一种压电行波型旋转超声马达进行了理论与实验研究。采用有限元方法对行波马达驱动定子的各阶振动模式、谐振频率进行了分析；研制的行波马达具有以下特点：低转速（0－50r．p．m）、较大力矩输出（0~1．9kgf．cm）、自锁功能、高的角分辨率和定位精度（±0.15°）。     

超声波马达的发展──国内最新动态

基于最新参考文献与ＩＮＴＥＲＮＥＴ网络查询,本文提出超声马达或压电驱动器在我国科技领域最新的研究成果及其未来走向。其中,能够引起研究人员兴趣的尖端性领域包括;超声马达的微型化;具有多个自由度的压电驱动器;具有新颖结构的压电驱动器;超声马达的振动实验测试;高分辨率的压电驱动器;超声马达的使用寿命;超声马达的动力学模型等。     

圆板型压电行波马达及振动解析

依据克希霍夫薄板四点假设建立求解圆板状行波马达定子特征频率参数及其主振型的线性方程组,采用Ｍａｔｌａｂ５．２工程分析与数值计算软件,利用行列式搜索算法精确求解了定子复合板内、外径比分别为０．１、０．３、０．３５、０．６,对应不同振动模式时的特征频率因子及其主振型,并进一步利用牛顿插值法详细解析了马达定子在各阶振动模式下横向幅值的分布以及板面能量的分布情况,为马达定子的优化设计提供了理论依据,并根据数值分析结果总结出超声马达振动模式的选用原则．     

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。     

压电驻波旋转马达研究

本文对一种以压电陶瓷为动力元件的驻波型超声马达进行了理论和实验研究．提出了一种结构改进型的纵-扭模式转换耦合器，并采用有限元方法分析了它的振动模式；采用机电等效网络方法，导出了马达驱动定子的频率方程。研制的定于直径32mm的结构改进型压电驻波马达，其无载最大转速为430r．p．m，比改进前提高了3－4倍，马达最大力矩输出为6kgf．cm，最大能量转换效率为17％。     

声表面波驱动的非接触式转动马达

在研究摩擦力驱动的接触式转动马达的基础上,本文研制了一种由声表面波驱动的非接触式转动马达。这种马达的定子选用128°YX-LiNbO₃晶体,在晶体表面光刻两对叉指换能器,由叉指换能器在定子表面激发两列平行而反向传播的声表面波。定子表面铺一层流体,转子就浮在流体表面。当定子表面有两列平行而反向的声表面波传播时,流体层中就会产生平行而反向的声流,这种黏性流体的声流运动就会驱动转子运动。实验上测定了马达的角速度随驱动电压、流体层厚度以及流体运动黏性系数变化的结果。同时,我们也发现,在相同工作频率下,非接触式转动马达的阈值电压远小于接触式。     

超声马达中夹紧压电环的非轴对称振动

应用环形压电板振子的超声马达具有厚度小的优点,能满足很多工程上的要求。其工作原理和其他类型的超声马达一样,也是通过摩擦力把振子表面质点的椭圆运动变换为转子的运动。因此,为要开发出性能优良的超声马达,必须清楚了解作为超声马达定子的环形板的振动特征。过去对环形板或圆盘的分析均仅考虑自由振动的情形,本文则分析了在环的内缘或外缘夹紧的情况下,环形压电板的非轴对称振动。内容包括振动时的位移分布图样,自由边缘上质点的椭圆运动,表面上感应电荷的分布及机电耦合因数等。还进行了数字计算,并从应用于超声马达的角度出发,对几种不同的振动模式作了评估。     

由瞬态响应的测量来估算超声马达的负载特性

为测量超声马达的一些特性,如最大力矩、负载特性(即力矩-速度特性)、转子和定子接触面上的摩擦系数等,本文提出一种由瞬态响应来估算的方法,由接通电源时马达转速阶跃响应的上开曲线可算出其负载特性,而由切断电源时的下降曲线得出接触面的摩擦系数。本方法测量时间快,故不受因温升导致的共振频率漂移等一些问题的困扰。对一混合换能器型旋转马达得到的负载特性与用拉重法所得结果符合很好。对一行波直线马达则考察了摩擦材料的杨氏模量和摩擦系数等参数对马达性能的影响。     

环形定子的激光致表面波机理及可视化探测研究

开展了用于新型激光驱动马达的环形定子的激光致表面波机理及实验研究. 提出一种带有凹槽阵列结构的环形定子新设计, 建立了激光在环形定子表面激发表面波的物理模型, 揭示了影响表面波幅值的关键因素; 采用一种新颖的激光致表面波可视化探测方法, 在波长1053 nm, 脉宽30 ns, 单脉冲能量1 mJ的激光激发下, 对表面波在铜质环形定子表面的传播特性进行了可视化探测实验. 理论与实验研究表明: 当激发光斑的位置紧邻凹槽阵列时, 沿着圆环向凹槽方向传播的表面波会被齿状凹槽阵列迅速衰减和吸收, 而沿着圆环向远离凹槽方向传播的表面波能够持续传递, 从而首次实现了激光致表面波在环形定子上的单向传播; 而对没有凹槽阵列结构的圆环进行的对比实验表明, 激光致表面波在圆环表面双向传播, 最终因相互混叠和串扰等而处于混乱状态. 由激光在该种环形定子表面激发出的单向表面波, 可望在光致表面波马达及驱动机构中获得应用. 关键词： 激光致表面波 环形定子 表面波可视化 激光驱动     

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．     

超声无线输能的声电转换通道设计

通过对超声无线输能系统的声电转换通道进行理论分析,利用电声传输线类比法构建了声电转换通道的一维仿真模型,并利用有限元仿真软件进一步构建了声电转换通道的有限元仿真模型,提高了模型的精确度和适用范围。进行了超声无线输能的实验,并将仿真结果与实验测量结果进行对比,仿真模型的有效性得到验证。利用所建仿真模型分析了负载阻抗对系统能量传输效率的影响规律,对声电转换通道进行了优化,确定了系统的共振频率和最佳负载阻抗。在以上研究基础上建立的超声无线输能实验系统,能够成功透过8 mm厚的铜板点亮20 W灯泡,能量传输效率达到57%,实验证明了利用超声透过金属板进行能量无线传输是切实可行的。