检索结果-内蒙古大学图书馆

中国电机工程学报 2011年第33期31卷 101-108页

作者：尹育聪周盛强陈超赵淳生金家楣机械结构强度与振动国家重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

由于行波型旋转超声电机(traveling wave rotary ultrasonic motor,TRUM)存在着诸多非线性因素,双定转子TRUM中的双路行波输出性能还有待提高。基于单定转子TRUM理论,研究了双路行波运行的轴向组合振动特性和周向合成输出特性,分析了单... 详细信息

由于行波型旋转超声电机(traveling wave rotary ultrasonic motor,TRUM)存在着诸多非线性因素,双定转子TRUM中的双路行波输出性能还有待提高。基于单定转子TRUM理论,研究了双路行波运行的轴向组合振动特性和周向合成输出特性,分析了单转轴–双转子结构体的轴向振动模型,由于该结构体阻尼减振的不足,提出一种隔振设计解决方案。建立了双路行波周向合成的输出模型,并探讨了两路行波不一致时的输出特点。实验结果表明,与单定转子TRUM相比,基于隔振结构的新型双定转子TRUM的输出转矩提高了80%,功率密度提高了43.1%,且双路行波输出转矩的合成效率达到90%。该研究为扩展TRUM的应用范围提供了参考。

关键词：行波型旋转超声电机双路行波运行机理振动分析输出特性

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行波型旋转超声电机温度场分析方法

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中国电机工程学报 2011年第18期31卷 33-39页

作者：芦小龙张建辉赵淳生南京航空航天大学精密驱动研究所江苏省南京市210016

针对行波型旋转超声电机发热严重的问题,建立三维瞬态温度场的模型。综合考虑超声电机产生损耗的原因,对各部位的损耗进行理论推导和数值计算。利用Ansys软件对理论模型进行仿真,分析了超声电机关键部位的温度分布情况。建立了一套温度... 详细信息

针对行波型旋转超声电机发热严重的问题,建立三维瞬态温度场的模型。综合考虑超声电机产生损耗的原因,对各部位的损耗进行理论推导和数值计算。利用Ansys软件对理论模型进行仿真,分析了超声电机关键部位的温度分布情况。建立了一套温度测试系统,对理论模型和仿真结果进行试验验证。结果表明,理论分析和试验结果基本吻合,为进一步研究超声电机的热源优化问题提供了分析和试验方法。

关键词：行波型旋转超声电机三维瞬态温度场有限元热损耗

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行波型旋转超声电机两种组合方式的实验研究

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中国机械工程 2011年第1期22卷 84-87页

作者：尹育聪姚志远赵淳生南京航空航天大学南京210016

为了进一步提高超声电机的输出性能,设计并实现了两种组合结构的行波型旋转超声电机(TRUSM)———双定子单转子结构和双定转子结构,并依据结构特征,定性分析了定转子接触状态对两种组合方式输出性能的影响。参照单定转子TRUSM,用对比实... 详细信息

为了进一步提高超声电机的输出性能,设计并实现了两种组合结构的行波型旋转超声电机(TRUSM)———双定子单转子结构和双定转子结构,并依据结构特征,定性分析了定转子接触状态对两种组合方式输出性能的影响。参照单定转子TRUSM,用对比实验检验了两种组合结构TRUSM的特点。实验结果表明,组合结构是大幅度提高TRUSM输出性能的一种有效方法,而且组合结构中的定转子接触状态对输出性能意义重大。

关键词：行波型旋转超声电机组合结构大转矩高能量密度

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行波型旋转超声电机动态建模及振动模态矢量的优化控制

行波型旋转超声电机动态建模及振动模态矢量的优化控制

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作者：荆锴河北工业大学

学位级别：博士

行波型旋转超声电机(Travelling-wave Rotary Ultrasonic Motor,TRUM)是超声电机中最为典型的一种,由于相比电磁电机具有无电磁干扰、转矩密度大、低速直驱等优点,从而在一些高精尖等特殊的场合具有广阔的应用空间。然而,由于超声电机... 详细信息

行波型旋转超声电机(Travelling-wave Rotary Ultrasonic Motor,TRUM)是超声电机中最为典型的一种,由于相比电磁电机具有无电磁干扰、转矩密度大、低速直驱等优点,从而在一些高精尖等特殊的场合具有广阔的应用空间。然而,由于超声电机是集材料、机械、电气、控制等众多学科于一体,多元理论交叉发展的结晶,诸多关键技术有待深入研究。本论文以TRUM为研究对象,针对电机建模、动态响应以及控制等方面的关键技术开展深入的研究:1.根据TRUM工作机理中的两个能量转换过程以及其中的电气、机械振动和力学原理,提出一种TRUM混合建模的方法:针对“电气-机械振动”的能量关系建立具有电气输入接口的定子等效电路模型;针对“机械振动-输出转矩”的能量关系建立可简化复杂非线性运算的定转子离散接触模型。最终通过合适的接口组合成混合模型。论文还基于该模型,对电机的电气特性、接触特性和机械特性进行了分析研究,并验证了模型的准确性。2.参考电磁电机空间矢量分析的理论,提出TRUM空间矢量分析方法,围绕电机振动模态矢量对电机的电压响应进行分析研究。并通过理论推导结合模型仿真,对响应过程中存在的强耦合性和非线性进行了分析:分别求解了振动模态矢量的零输入响应、阶跃电压和正弦电压的零初态响应,同时结合所提出的混合模型,从模型仿真上对空间矢量的响应过程进行了分析,得出电压、振动模态以及输出转矩之间的关系,印证了理论推导,为控制研究奠定基础。3.论文对传统的电压调幅、调频和调相控制从振动模态空间矢量的角度进行了分析研究,并对电机的本体控制和伺服控制提出相应的控制方法。首先,针对电机本体控制,提出考虑能量利用率、两相电压平衡的方法,并提出通过振动模态观测器实现两相模态协调控制;其次,针对电机伺服控制,提出了矢量离散动态预测控制方法,从而直接控制电机的振动模态,并在接下来的微步控制研究中得以应用;最后,论文还对TRUM的微步控制进行了研究,在分析已有的微步控制方法的同时提出基于岭形函数规划的微步控制策略,并通过振动模态矢量离散动态预测控制方法实现了对规划模态的跟踪,从而实现电机步距角可控的高精度微步控制。4.论文最后介绍了所设计的TRUM全桥控制器,该控制器将DSP与CPLD相结合,实现了一种输出电压幅、频、相易于调节的相移PWM控制逻辑,并针对全桥驱动功率电路中的H桥电路驱动以及高频功率脉冲变压器、匹配电感的结构设计和参数计算给予了说明。最后通过试验对控制器性能及部分控制结果进行验证,获得良好的效果。

关键词：行波型旋转超声电机混合建模振动模态矢量动态预测控制微步控制

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行波型旋转超声电机精度分析与实验研究

行波型旋转超声电机精度分析与实验研究

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作者：苏国兵北华航天工业学院

学位级别：硕士

课题是在中国空间技术研究院北京卫星制造厂预研课题“微纳卫星用轻小型压电陶瓷精密驱动系统研究”资助下进行的关于行波型旋转超声电机技术的研究。本文在分析超声电机输出特性影响因素的基础上,围绕着电机设计这一主题,在核心部件结... 详细信息

课题是在中国空间技术研究院北京卫星制造厂预研课题“微纳卫星用轻小型压电陶瓷精密驱动系统研究”资助下进行的关于行波型旋转超声电机技术的研究。本文在分析超声电机输出特性影响因素的基础上,围绕着电机设计这一主题,在核心部件结构设计、压电陶瓷逆压电效应、定子机电耦合模型以及定转子接触动力学传递机理等方面进行了深入的研究,提出了提高超声电机输出特性的设计方法与技术指标,研制了实验样机,并开展了相关实验。主要内容和研究成果概括如下:(1)归纳了影响电机机械特性和定位精度的主要因素,得出超声电机定子弹性体振幅量的大小和定子环面驻波的均匀性是影响其输出特性的重要因素,为超声电机结构设计提供了有益指导。(2)基于电机设计目标函数完成了电机关键部件定子、柔性转子、压电陶瓷片结构设计,完善了压电陶瓷、摩擦片等部件的制备与选用原则,完善了整机装配流程,并匹配了控制与驱动系统,成功研制了实验样机。(3)分析了压电陶瓷逆压电效应诱发定子高频微幅振动的本质,基于Hamilton原理建立了电机定子的机电耦合模型、基于定转子摩擦驱动机理构建了定转子接触模型,分析了定转子接触面动力学传递机理,由此构建了整机动力学模型,为进一步分析奠定基础。(4)基于圆环形薄板固有振动和强迫振动理论完成了定子弹性体模态和谐响应分析,完善了定子B09模态选用原则;并在同一激励条件下对定子齿对定子表面质点振幅量的影响进行了定量分析,考虑定转子接触面间的径向滑移完成了定转子相同激励频率下振型一致性匹配;并得到定转子各自参数对自身灵敏程度的影响,为超声电机模态混叠、两相频率一致性调节提供了技术支持。(5)对电机进行了机械特性实验,得到空载与负载下的输出特性,样机各项指标基本满足工程需求。对关键部件定子进行了模态和谐响应实验,完善了定子模态设计准则,验证了理论计算的正确性,实验与理论分析对超声电机的研制具有重要的指导意义。

关键词：行波型旋转超声电机输出特性结构设计振动学实验

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行波型旋转超声电机定子结构设计与优化

行波型旋转超声电机定子结构设计与优化

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作者：熊越武汉理工大学

学位级别：硕士

在科学技术发展迅速的新时代,众多领域对于精密驱动设备提出了更加严格的技术要求,超声电机(Ultrasonic Motor)与传统电磁电机对比,独特的工作特点使其拥有更加广阔的应用前景,在众多超声电机类型中,行波型旋转超声电机(Traveling Wave ... 详细信息

在科学技术发展迅速的新时代,众多领域对于精密驱动设备提出了更加严格的技术要求,超声电机(Ultrasonic Motor)与传统电磁电机对比,独特的工作特点使其拥有更加广阔的应用前景,在众多超声电机类型中,行波型旋转超声电机(Traveling Wave Rotary Ultrasonic Motor,TRUM)已较为成熟的应用于航空航天等多个重要领域。目前行波型旋转超声电机使用整体式定子,而此类定子多采用机械切削加工制造,针对定子加工过程中存在的加工精度低、加工时间长、材料利用率低等问题,本文研究分析了TRUM-60定子结构,并以此为基础,结合精密冲压技术研究分析分离式定子结构,并结合有限元分析结果,搭建相关性能测试平台进行测试,基于响应面法建立了定子尺寸优化模型,提出了定子尺寸优化方案。本文研究内容与成果:(1)研究分析分离式定子结构、建立定子有限元模型以及完成仿真分析。分析行波型旋转超声电机定子结构及各部位功能,结合精密冲压工艺要求,在轴向对定子进行拆分,研究分析分离式定子结构,由齿弹性体、外垫圈、内垫圈、压电陶瓷片组成。将焊接层和胶接层加入到定子有限元模型中,通过有限元分析得到定子工作模态A相频率为37.840k Hz、B相频率为37.941k Hz,最大振幅为4.07μm,通过分析定子工作表面质点运动轨迹得到最大振幅为3.7μm。(2)搭建定子、电机性能测试平台,对定子、样机进行测试。使用精冲成型装备生产分离式定子,组装测试样机,通过性能测试,获取定子工作模态频率和振幅分别为37.696k Hz和4μm;样机测试结果表明,堵转力矩和最高转速分别为1.42N·m和150r/min。(3)基于响应面法优化定子尺寸及验证优化方案。分析筛选对定子性能影响显著的关键结构尺寸参数,设计试验方案,设置优化目标函数,通过有限元仿真获得目标函数响应值,采用响应面法确定目标函数响应回归方程,建立定子关键尺寸优化模型,确定最优方案,定子优化后结构尺寸为齿高H、齿间距n、齿底高H、外垫圈高H分别为0.696mm、0.902mm、1.389mm、1.742mm,定子工作模态频率与前后干扰模态频率之差分别扩大了28.98%和8.30%,工作模态振幅增加了18.67%,优化结果较好,定子性能得到有效提升。

关键词：超声电机行波型旋转超声电机模态分析响应分析尺寸优化

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UHMW-PE复合材料用于行波型旋转超声电机

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振动．测试与诊断 2011年第5期31卷 652-654,669页

作者：陈正年尹育聪丁庆军赵淳生南京航空航天大学精密驱动研究所南京210016 南京工程学院材料工程学院南京211167

为提高行波型旋转超声电机(TRUM)的摩擦界面性能,制备了一种交联超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)复合材料。采用UHMW-PE树脂添加甲基丙烯酸烯丙酯(MAAAE)交联敏化剂、碳纤维和碳纳米管等增强剂以及MoS2和石墨等材料熔融共混后,在室温和N2气... 详细信息

为提高行波型旋转超声电机(TRUM)的摩擦界面性能,制备了一种交联超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)复合材料。采用UHMW-PE树脂添加甲基丙烯酸烯丙酯(MAAAE)交联敏化剂、碳纤维和碳纳米管等增强剂以及MoS2和石墨等材料熔融共混后,在室温和N2气氛条件下用Co60γ辐射源辐照得到交联UHMW-PE复合材料。凝胶含量测试发现,随着辐照剂量和MAAAE量的增加,凝胶含量迅速增加。将该条件下制备的交联复合材料粘贴到TRUM-60行波超声电机转子上,整机试验结果表明,堵转扭矩达到1.4 N.m,空载转速225 r/min,换能效率25%以上。根据100 h的材料磨损量预测,寿命可达到8 000 h以上。

关键词：行波型旋转超声电机摩擦材料 UHMW-PE复合材料交联

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行波型旋转超声电机非线性动力学辨识建模

行波型旋转超声电机非线性动力学辨识建模

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第17届全国非线性振动暨第14届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议

作者： JIA Botao 贾博韬 LI Xiaoniu

行波型旋转超声电机在大电压和预压力作用下会表现出明显的非线性现象,影响电机性能.本文基于电机孤极反馈电压的实验数据,同时考虑定、转子接触非线性与压电材料非线性,建立了以预压力和激励电压信号为输入以及定子振动位移为输出的电... 详细信息

行波型旋转超声电机在大电压和预压力作用下会表现出明显的非线性现象,影响电机性能.本文基于电机孤极反馈电压的实验数据,同时考虑定、转子接触非线性与压电材料非线性,建立了以预压力和激励电压信号为输入以及定子振动位移为输出的电机非线性动力学模型.采用改进的HBNID方法辨识模型中的非线性参数,利用多尺度法对系统进行了主共振一阶近似响应分析,得到了谐振频率附近解的特性与非线性参数的关系,揭示了外激励电压幅值、预压力与阻尼对系统响应的影响规律,为电机的结构设计和驱动控制设计提供了依据.

关键词：行波型旋转超声电机非线性动力学辨识模型多尺度法

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具有压电陶瓷备份功能的行波型旋转超声电机研究

具有压电陶瓷备份功能的行波型旋转超声电机研究

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作者：胡小彬南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文以航天领域对产品的高可靠性要求为背景,基于广泛应用的定子直径为60mm的行波型旋转超声电机,提出并设计了两种具有压电陶瓷备份功能的行波型旋转超声电机(下简称备份电机),可以实现常规、备份、加强三种工作模式。对比分析了悬臂... 详细信息

本文以航天领域对产品的高可靠性要求为背景,基于广泛应用的定子直径为60mm的行波型旋转超声电机,提出并设计了两种具有压电陶瓷备份功能的行波型旋转超声电机(下简称备份电机),可以实现常规、备份、加强三种工作模式。对比分析了悬臂齿型和直齿型两种结构设计的备份电机,验证了压电陶瓷备份电机方案的可行性,为行波型旋转超声电机的可靠性研究提供了全新的思路和借鉴。具体工作主要包括: (1)对超声电机采用故障模式和故障树分析,提出了对压电陶瓷进行冗余设计的备份电机方案。确定了悬臂齿型备份超声电机的结构设计方案和尺寸参数。 (2)利用ADINA软件建立了整机动力学模型。通过仿真分析了定子的中性层位置和两组压电陶瓷片的应力。分析了悬臂齿型备份电机三种模式下的速度响应,其中备份模式的输出性能与常规模式非常接近,而加强模式输出性能比其他模式有明显提升。 (3)制作悬臂齿型备份电机的原理样机,搭建实验测试平台。测得样机在三种工作模式下的性能与效率曲线,其输出性能的相对趋势与仿真结果是一致的。此外,常规模式下的工作效率最高,加强模式的效率最低。 (4)设计并制造了直齿型备份电机,实验测试结果显示,备份陶瓷片尺寸的减小使备份模式的性能和效率发生较大幅度的下降。常规模式下对比两种齿型电机,直齿型设计有更高的输出性能和工作效率。最后通过极限破坏实验,验证了采用减小最大交变载荷来降低备份压电陶瓷在工作中被破坏的风险是可行的。

关键词：行波型旋转超声电机双压电陶瓷片备份功能中性层齿型 ADINA

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双定子行波型旋转超声电机驱动控制器研究开发

双定子行波型旋转超声电机驱动控制器研究开发

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作者：马晨晨集美大学

学位级别：硕士

超声电机(USM)是一种基于逆压电效应的新型微特电机。与电磁电机相比,它具备结构紧凑、低速大扭矩、响应快、不产生磁场、不受电磁影响、断电自锁等优势。这些优良特性使超声电机在宇航器、机器人、数码家电、军事装备等科技领域,显示... 详细信息

超声电机(USM)是一种基于逆压电效应的新型微特电机。与电磁电机相比,它具备结构紧凑、低速大扭矩、响应快、不产生磁场、不受电磁影响、断电自锁等优势。这些优良特性使超声电机在宇航器、机器人、数码家电、军事装备等科技领域,显示出广阔的市场应用前景。所以,超声电机技术已成为海内外一个新的研究热点。其中,双定子行波型旋转超声电机作为一种新型结构不仅具备上述优良特性,还弥补了单定子型结构的缺陷,但由于它复杂的时变、非线性特性,且无法获得精确数学模型,导致其驱动控制技术优劣直接影响到该超声电机良好性能的发挥。因此,本文为实现双定子行波型旋转超声电机的驱动控制,提出了一种基于C8051F120单片机的驱动控制器方案,完成了相关软硬件的研究开发,并实际验证了该驱动控制器的主要功能。本文首先介绍了超声电机的研究发展历史和类型,同时概括说明了行波型旋转超声电机的工作特点和应用领域,并阐述了目前双定子行波型旋转超声电机及其驱动控制技术的研究背景与现状,进一步分析了其驱动控制技术难点,继而引出了课题研究目的与主要研究内容。其次,针对双定子行波型旋转超声电机的内部结构与运行机理进行了详细的论述及分析,从而得到了该超声电机的驱动控制技术要求。随后,在此基础上,提出了一种基于C8051F120型单片机的双定子行波型旋转超声电机驱动控制器开发方案。该驱动控制器采用C8051F120型单片机作为控制核心,输出四路可调频率的同频等幅方波信号,其需要经过滤波电路转换成四路光滑的正弦电压信号,并连接移相电路用于调整两路信号相位,再令上级输出的四路信号通过功率放大模块进行功率放大,最终获得的高频高压正弦信号可以驱动该超声电机正常运行。同时利用孤极电压反馈电路调节驱动信号频率,控制定子振动幅度,从而提高双定子行波型旋转超声电机运行时的稳定性。最后,在完成相关电路模块软硬件研究开发与仿真的基础上,搭建制作了实际驱动控制电路。而后,对其进行了试验测试与分析,验证了此驱动控制器的主要功能。试验结果与分析表明,该驱动控制器能够满足双定子行波型旋转超声电机的运行要求,同时为实现该超声电机在各领域的广泛应用奠定了基础。

关键词：行波型旋转超声电机双定子电机驱动器电机控制孤极反馈

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