超声电机

摘要： 赵淳生,中国科学院院士,南京航空航天大学教授,机械工程专家,中国超声电机技术的开拓者和奠基者。1938年门月生于湖南衡山,1984年获法国巴黎高等机械学院工程力学博士学位,2005年当选为中国科学院院士,2014年获国际“超声电机终生成就奖”和“超声电机技术杰出贡献奖”,是我国第一位目前也是唯一一位获此殊荣的科学家,2021年评为我国“最美科技工作者”,成为江苏省首位获此称号的科技工作者。

摘要： 针对超声电机的输出性能较差的问题,分析接触界面摩擦特性后制备了改性聚酰亚胺(PI)基复合材料。选用PI作为基体材料并优化功能组分配比,提高了摩擦界面的弹性模量和摩擦系数。采用超声波精密加工的方法在PI基复合材料表面加工不同面积密度的正方形织构。利用销盘式旋转摩擦试验机测试了接触界面的摩擦特性,并利用性能测试平台对超声电机的输出性能进行了测试。实验结果表明,改性PI基复合材料具有良好的承载能力和更高的摩擦系数,尤其是织构化超声电机的输出性能得到明显改善,其最高能量转换效率可达到47.12%,效率大于40%的输出力矩范围也增大到0.4~1.3 N·m。

摘要： 行波型超声电机摩擦材料局部剥落故障直接影响电机输出性能,并加速电机失效;针对故障信息易受噪声干扰,尤其故障初期特征难以提取的问题。将孤极电压信号作为处理对象,提出了一种基于局部特征尺度分解(local characteristic-scale decomposition,LCD)与Teager能量算子相结合的故障特征提取方法:首先,对原始信号样本进行LCD得到不同内禀尺度分量,并通过自相关分析对各分量进行重构,实现降噪预处理;其次,利用Teager能量算子对重构信号低频段所包含的故障信息进行放大;最后,筛选低频段故障频率成分,提出了以幅值和频率信息为基础的故障特征计算方法。试验结果表明,该方法可有效表征行波型超声电机摩擦材料局部剥落的扩增趋势,并具备一定噪声背景下的适用性。

摘要： 针对传统行波超声电机单面驱动、输出力矩小以及激励电压与疲劳寿命受限于胶层强度等问题,设计了一种夹持式双面齿型行波超声电机。电机采用夹持式双面齿型定子和双转子结构,不仅可施加较高激励电压,而且可实现双面驱动。利用有限元软件对电机定子进行仿真分析,通过模态分析获得电机定子的B(0,8)阶弯曲行波模态振型及其谐振频率,并通过瞬态分析得到驱动齿表面节点的椭圆运动轨迹。仿真分析结果表明该电机定子可在四相交流电压激励下生成行波,且双面驱动齿的驱动力方向一致,进而有效实现双转子同向旋转。

摘要： 纵弯复合型超声电机在实际工作中会出现2个工作模态的频率差值较大,进而导致电机无法正常运行的情况。针对该问题提出了一种通过在振子基座后壁中心铣削盲孔减小一阶纵向振动固有频率,从而使2种模态的频率差接近的方法,在频率修正过程中2种模态的振型没有变化。利用有限元法对振子的频率修正结果进行了仿真,并对样机振子进行了实验测试,验证了该方法的可行性。

摘要： 针对超声电机工作效率过低限制系统续航能力、影响电机谐振和动态特性的问题,设计一种动态工况下转速及效率优化控制方法。通过分析电机驱动电路工作特性,确定电机的两个控制量,并对基于驱动电压有效值的效率反馈方式进行理论证明。然后根据电压-效率-频率特性设计最大效率点跟踪(MEPT)算法,并基于最小二乘法的多项式曲面拟合方法计算频率更新步长。最后通过仿真对提出的控制方法进行验证,并与现有效率优化算法进行对比,结果表明,此方法能有效提升电机工作效率,并保证动态工况下效率优化算法的稳定性。

摘要： 随着新材料、新技术、新结构形式的出现,超声电机的结构和性能逐渐得到改善。因此,该技术的应用范围也在不断扩大,特别是在生物医疗领域。本文综述了超声电机在生物医疗领域的应用和发展趋势,对超声电机的应用现状和前沿研究进展进行了总结和分类,包括在磁共振成像、内窥镜及智能眼镜等医疗仪器方面的应用。最后,展望了未来的研究方向和前景。

摘要： 超声电机与传统电机相比,具有结构简单、响应快、定位精度高、可直接驱动等优点,在精密驱动、航空航天、生物医学等高精尖领域具有显著的应用优势。概述超声电机核心驱动原理和典型实际应用实例,从直线型、旋转型两种类型,全面综述超声电机的研究现状及其新进展;重点介绍不同结构形式超声电机的驱动机理、结构优化以及性能提升等;对超声电机技术发展进行总结,指出今后研究重点。

摘要： 针对当前超声电机电参量的测试方法无法表征其启动瞬态电参量变化规律的问题,提出一种用于超声电机启动瞬态电参量测试的方法。基于加窗的短时傅里叶变换,对超声电机的驱动电压和驱动电流信号进行时频分析处理,得到超声电机启动瞬态下电流电压信号对应的频谱。利用单峰谱线插值法对信号的频谱进行插值修正,得到信号精确的幅值、频率和相位信息,并进一步计算得到阻抗、阻抗角等电参量信息。通过对仿真信号进行处理分析,验证该方法在启动瞬时电参量计算方面的准确性。搭建超声电机瞬态测试平台并对PMR-60/E型超声电机进行测试。结果表明,该方法能够揭示超声电机启动瞬态电参量在电机启动过程中的变化规律,可用于评估超声电机的振动响应特性,同时为超声电机等效电路模型的建立及驱动电路的设计提供重要信息。

摘要： 针对超声电机驱动的控制力矩陀螺框架伺服系统具有强非线性、参数摄动和多源扰动力矩等问题,在系统建模和分析的基础上,采用了一种混合积分滑模变结构控制器,在保证框架速度控制快速响应的同时,提高了系统在多源强耦合扰动力矩下的鲁棒性。针对滑模抖振问题,引入了一种滑模观测器补偿框架系统的多源扰动力矩,减小系统不确定项的影响,进而减小滑模切换增益,达到抑制抖振的目的。仿真和实验结果表明,提出的控制力矩陀螺框架速度控制策略可有效抑制滑模控制系统的抖振现象,在多源扰动力矩的影响下,框架系统具有较强的鲁棒性。

摘要： 提出了一种基于可编程片上系统(PSoC)的超声电机三相桥驱动电路设计方案,详细阐述该驱动电源信号发生模块,IR21834驱动芯片电路结构,采用IRF530作为三相桥逆变电路的功率开关管,并以90度移相角信号驱动对臂功率开关管,经过变压器升压和LC低通滤波器产生两相高压正弦波,并用它驱动自制的TRUM40行波型超声电机,实验验证方案的合理性与可行性.

摘要： 传统的云台类视频监控系统存在呈弧线形二自由度旋转运动的目标深度不明,非线性反馈控制难的问题,已无法满足安防物联网规划以及平安城市、边境安全等日益增长的需求.云台系统的高定位精度及小型化的要求成为其亟待解决的关键瓶颈问题.本项目将超声电机的可控性、断电自锁性与图像技术软硬结合,形成有机互补;并将突破传统的电机、云台及图像匹配之间系统与系统的壁垒,使图像获取的目标标的又成为电机与云台运动控制的闭环反馈信息,大幅降低硬件的复杂性.为自主研发小型化、高精度、高动态性能该类云台提供理论依据与技术支持,提升我国相关领域的源头创新能力.

摘要： 本文设计了基于DDS的新型超声电机驱动测试平台,借助光电编码器测量不同激励信号下超声电机的启动特性.分析超声电机启动转速随着驱动电压的频率和幅值线性变化的变化率,驱动信号峰峰值在400V左右，频率从45KHz逐渐下降到42KHz，可以看出，在降频启动情况下，电机能够实现平稳启动，不会产生速度突变。因此，频率递减的方案能够使超声电机平稳启动。

摘要： 本文阐述了为获得较大的推力,同时希望占用空间小重量轻,经常需要将直线超声电机进行同步并联驱动.但是直线超声电机是接触式传动,它是将超声频域的椭圆轨迹振动借助摩擦而产生直线运动动力输出,所以电机间很容易出现刹车现象而大大影响并联驱动的效率.建立了直线超声电机并联驱动的运动模型,研究电机的输出特性对并联效率的影响.通过比较立式与卧式直线超声电机的输出推力,得到立式电机具有明显的软特性,并且这种软特性在并联中能有效避免刹车现象.以短柱直线超声电机和卧板直线超声电机为对象进行对比实验,结果显示立式短柱直线超声电机并联效率达到95％以上,卧板式电机并联效率不稳定且最高效率仅76％,证明立式电机具有软特性且有利于实现并联驱动.

摘要： 本文从提高超声电机性能的角度出发,综述了超声电机的发展概况、性能特点、应用前景和存在问题,着重介绍了近年来国内外学者在超声电机性能改进方面所取得的研究成果.研究新型的压电材料及摩擦材料，包括材料的成分，材料的制备工艺，材料的使用方法等，以期来提高电机的性能。不断研发新结构，并力促超声电机的集成化和微型化是其发展的重要方向。超声电机作为精密动作的微特电机，在航天器、微型机器人、汽车仪表、精密定位仪、光学仪器、医学器械等的应用已越来越多，其精确的动作控制，高精度的定位，及抗电磁干扰等优良特性己越来越多地被应用于诸多自动化、精密化的场合。探索超声电机的新应用，不仅能促进超声电机领域的发展，而且能推动航空航天、精密仪器、现代医学工程等领域的不断前进。

摘要： 提出了一种纵弯超声电机的振子结构,采用了有限元分析软件ANSYS9.0建立了电机振子参数的有限元模型,然后进行模态分析,最终实现振子的纵弯模态的匹配.最后对振子进行模态测试,并且对振子进行了修模,完成了纵弯模态的匹配.利用激光测振仪(PSV300F-B)测量振子的振动模态，测得振子的纵振和弯振频率分别为30125Hz和29428Hz，纵振频率和弯振频率与仿真分析结果非常接近。最后通过修整凸台来实现纵振和弯振频率的一致性，最后修磨得到振子纵振和弯振频率分别为30235Hz和30238Hz.

摘要： 超声电机在航天工业和半导体工业等军民用领域中有着广泛的应用.然而,目前的现场应用结果表明超声电机在特殊环境中表现出温升快、输出力矩/力性能下降和温度适应性较差等不利现象,严重制约了超声电机在特殊环境中的应用前景.本申请从超声电机的温度场分布和温度适应性及其关键影响因素出发，明确极端环境对其产生的具体影响及机制，内容包括:极端环境下超声电机关键部件所用的材料优选;超声电机热源的计算和温度场有限元分析模型的建立;极端环境下超声电机温度场分布和随时间变化测试试验平台的研究;极端环境下超声电机温度场空间分布及随时间变化的驱动控制技术;降低发热和提高可靠性的超声电机结构的优化设计方法;新型旋转超声电机的设计以及激励方式的研究。本项目的研究成果将为应用于极端环境的超声电机设计提供指导，具有广泛的应用价值，能提高电机的工作性能和环境适应能力。

摘要： 针对微纳定位和操作的需求,开展旋转行波超声电机亚微弧级位移的瞬态非线性机理和控制方法研究,探究兼顾转速和精度、结构简洁、断电自锁的微纳旋转定位/进给新技术.从中总结、提炼出稳定性高、鲁棒性强、具备亚微弧级位移功能的超声电机设计理论和控制方法,为微纳定位/进给等操作提供新的解决方案.

摘要： 超声电机依靠定子和转子之间的摩擦驱动,维持超声电机转子的运动.为提高摩擦驱动的输出功率,介绍了利用双频驱动技术,改变矩形板超声电机定子表面质点运动轨迹,提高矩形板超声电机输出功率的原理、方法和实验结果.综述了矩形板超声电机在基于双频电信号合成的双频驱动和基于双频应变力合成的双频驱动下,提高超声电机输出特性的研究进展.

摘要： 为提高超声电机驱动信号频率的分辨率,可以在给定脉冲宽度调制(PWM)波信号的周期寄存器微调的情况下,实现电机转速的精确调节.分别采用了RC微分电路和施密特触发与非门的模拟倍频,双D触发器的全数字倍频以及基于片上可编程系统(PSoC)的数字倍频三种倍频方法.在对上述三种方法进行分析和比较的基础上,指出前两种倍频电路适用范围的局限性,不能保证输出波形的占空比始终保持50％并且时钟频率要始终随着输入信号变化而调整,突出显示了基于PSoC的数字倍频方法适用范围广、精度高,占空比稳定等优点.实验结果表明,使用基于片上可编程系统的数字倍频方法,可以使输出波形频率达到输入波形的16倍频,从而明显地提高驱动电机的频率分辨率.

摘要： 本发明提供一种超声波电机驱动装置及其直线超声波电机，所述超声波电机驱动装置包括压电陶瓷，以及贴合连接在所述压电陶瓷上的金属片；所述压电陶瓷分为A1区、A2区、B1区以及B2区，所述A1区与所述A2区相对设置且极化方向相反，所述B1区与所述B2区相对设置且极化方向相同。本发明将压电陶瓷分成A1区、A2区、B1区以及B2区四个区域，A1区与A2区相对设置且极化方向相反，B1区与B2区相对设置且极化方向相同，压电陶瓷施加激励电压后，A1区和A2区会产生左右伸缩的振动模态，B1区和B2区会产生上下运动的振动模态，压电陶瓷的点在两种振动叠加作用下会椭圆形运动，带动金属片做同样的运动实现驱动，结构简单。

摘要： 本申请公开了一种超声波电机定子及超声波电机，该超声波电机定子包括基板、设置在基板的正反两面的多个压电陶瓷以及多个金属块，基板的中部具有通孔，基板的正反两面均设置有环绕通孔的振动区以及振动区外围的线路区，压电陶瓷和金属块均位于振动区，压电陶瓷呈环形排布，形成位于基板正反两面的压电陶瓷环，金属块位于相邻的两压电陶瓷之间，金属块的高度小于压电陶瓷的高度，以使压电陶瓷环具有齿槽结构，其中，该超声波电机定子的齿槽不仅可以放大振动，还可以起到排屑作用，提高了对应超声波电机的扭矩及使用寿命。

摘要： 本实用新型提供一种超声波电机驱动装置及其直线超声波电机，所述超声波电机驱动装置包括压电陶瓷，以及贴合连接在所述压电陶瓷上的金属片；所述压电陶瓷分为A1区、A2区、B1区以及B2区，所述A1区与所述A2区相对设置且极化方向相反，B1区与B2区相对设置且极化方向相同。本实用新型将压电陶瓷分成A1区、A2区、B1区以及B2区四个区域，A1区与A2区相对设置且极化方向相反，B1区与B2区相对设置且极化方向相同，压电陶瓷施加激励电压后，A1区和A2区会产生左右伸缩的振动模态，B1区和B2区会产生上下运动的振动模态，压电陶瓷的点在两种振动叠加作用下会椭圆形运动，带动金属片做同样的运动实现驱动，结构简单。

摘要： 一种轻量化超声电机的塑料定子制备方法及轻量化超声电机，它涉及一种超声电机及塑料定子制备方法，以解决现有超声电机重量难以降低、定子齿加工困难、成本昂贵、加工周期长不利于大批量生产的问题，它包括转轴、定子、转子、外壳、底座、一号轴承和二号轴承；它还包括预紧机构，转轴上设置有用于调整定子和转子作用力的预紧机构，转子的轮缘的端面与定子的一端面相接触，定子的另一端面铺设有环形压电陶瓷层，外壳和底座分别由塑料制成。塑料定子制备方法步骤，步骤一、原料配比和造粒；步骤二、将挤出的共混物注塑成型为齿状塑料定子的坯料；步骤三、将齿状塑料定子的坯料表面处理得到塑料定子。本发明用作超声电机。

摘要： 本发明公开了一种直线超声电机磨损减缓方法，属于超声电机技术领域。本发明将表面改性技术用于直线超声电机，通过在定子或动子的摩擦端面上制备凹坑型表面微结构，降低了三体摩擦所导致的磨损，从而有效提高了电机的输出力、输出功率及使用寿命；并通过对凹坑型表面微结构的结构参数进行优化进一步减小三体摩擦，通过在定子和/或动子的摩擦端面上覆盖耐磨层来降低表面摩擦的环境敏感性。本发明还公开了一种直线超声电机，在在定子和/或动子的摩擦端面上制备有凹坑型表面微结构。

摘要： 一种超声电机及超声电机的角度自测方法，包括底座(1)、底座固定轴承(2)、依次同心设置设于底座且套接于转轴(11)的压电陶瓷片(3)、导电膜(4)、定子(5)、摩擦衬垫(6)、转子(7)以及调整垫片(8)，所述超声电机还包括套接于固定轴上的可自行测量转动角度和速度的感应控制组件，感应控制组件包括设有感应口的光电传感装置(10)、以及与光电传感装置(10)设置的槽口配合测量转子转动角度的角度测量装置。本发明在转子上方增加一个码盘或在转子侧面采用刻蚀工艺，结合光电传感装置，实现超声电机转动任意角度都可测量，这两种新型的测量方式，测量精确，简单方便。本发明设计新颖，结构精巧，性能稳定，有助于拓宽其应用领域。

摘要： 一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机，其特征在于所述方法是利用电机上壳体将圆柱状磁流变弹性体预压缩在超声电机转子上方；其次，使电磁线圈通电将磁流变弹性体磁化，改变弹性模量使其输出力，经推力轴承传递给超声电机定转子接触界面产生稳定的预压力；第三，当超声电机处于待机状态时，电磁线圈不断电，以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性。本发明调节方法，结构简单紧凑，调节范围广，可靠性较高，加工成本低，可推广在各种需要预紧的驱动装置中。

摘要： 一种轻量化超声电机及该超声电机的塑料定子制备方法，它涉及一种超声电机及塑料定子制备方法，以解决现有超声电机重量难以降低、定子齿加工困难、成本昂贵、加工周期长不利于大批量生产的问题，它包括转轴、定子、转子、外壳、底座、一号轴承和二号轴承；它还包括预紧机构，转轴上设置有用于调整定子和转子作用力的预紧机构，转子的轮缘的端面与定子的一端面相接触，定子的另一端面铺设有环形压电陶瓷层，外壳和底座分别由塑料制成。塑料定子制备方法步骤，步骤一、原料配比和造粒；步骤二、将挤出的共混物注塑成型为齿状塑料定子的坯料；步骤三、将齿状塑料定子的坯料表面处理得到塑料定子。本发明用作超声电机。

摘要： 本发明公开了一种直线超声电机磨损减缓方法，属于超声电机技术领域。本发明将表面改性技术用于直线超声电机，通过在定子或动子的摩擦端面上制备凹坑型表面微结构，降低了三体摩擦所导致的磨损，从而有效提高了电机的输出力、输出功率及使用寿命；并通过对凹坑型表面微结构的结构参数进行优化进一步减小三体摩擦，通过在定子和/或动子的摩擦端面上覆盖耐磨层来降低表面摩擦的环境敏感性。本发明还公开了一种直线超声电机，在在定子和/或动子的摩擦端面上制备有凹坑型表面微结构。

摘要： 多行波弯曲旋转超声电机定子及使用该定子的超声电机，涉及到超声波电机领域。本发明解决了现有弯曲旋转类超声电机存在的由于定转子单点接触而导致的电机工作稳定性差、输出转速低、力矩小、整机能量转换效率低等问题。多行波弯曲旋转超声电机定子由定子基体和4n个电极组成，其中n为大于或等于2的自然数，4n个电极沿定子基体圆周均匀分布固定在定子基体产生一阶弯曲振动时波峰处的外表面上，相邻的4个电极为一组，共有n组，每组中的4个电极分别施加与定子固有频率相同或相近的正弦波、余弦波、负正弦波、负余弦波的行波激励信号。本发明的超声电机中定转子接触点为n个，明显改善了现有弯曲旋转类超声电机由于定转子单点接触所带来的问题。