多自由度超声波电机的研究现状与发展趋势
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44多自由度超声波电机的研究现状与发展趋势
郭吉丰，王剑，白洋
（浙江大学电气工程学院 杭州，310027）
摘要 多自由度是超声波电机研究领域的热点和难点，多自由度超声波电机适合应用于空间机构和多维驱动场合，如机器人、医疗、光学和安防等领域。本文首先分类探讨了国内外近年来涌现的具有代表性的几类多自由度超声波电机的结构、性能及其特点；其次总结了本研究室研制的行波型球形超声波电机和直线-旋转复合型超声波电机，并阐述了球形多自由度电机的位姿控制技术；最后对多自由度超声波电机今后的发展方向提出了建议。
关键词 多自由度 超声波电机 研究现状 发展趋势 位姿控制 中图分类号 TM355
引 言
超声波电机利用压电材料的逆压电效应，将弹性材料的微观形变转化为宏观运动，具有低速大力矩、高功率密度、高分辨率、无电磁干扰、结构紧凑、可直驱、运动实现多样化等特点，适合在小功率场合使用，可部分代替电磁型电机，特别在航空航天、光学调焦、仪器仪表、机器人等领域得到了很好的应用[1]。随着科技的发展，机电系统也日益复杂化，很多场合需要多自由度驱动，但是由于多自由度电磁型电机结构复杂，难于制造和实施控制，且不适合低速直驱的应用要求。所以一些学者独辟蹊径[2]，采用超声波电机的原理发展多自由度电机，由于形成的多自由度超声波电机仍具有低速大力矩、高分辨率和结构紧凑等优点，可用于机器人关节、精密装配、微小型机器人等多维机电装置，具有良好的应用前景[1]。因此，国内外对此领域研究活跃，产生了多种原理和结构形式的电机，同时在测控技术上也有所进展。
本文首先分类探讨了近年来出现的几种多自由度超声波电机的结构、性能及特点，给出了一些具有代表性的电机实例；其次总结了本研究室在多自由度超声波电机方面的主要研究成果；最后指出了多自由度超声波电机的重点研究方向。
1 多自由度超声波电机的研究现状
多自由度超声波电机可实现多个自由度的运动，具有
国家自然科学基金(51107111)和中国博士后科学基金(20110491767)资助项目 机械集成度高的特点。按照电机转子运动的输出形式，可将多自由度超声波电机分成旋转型、直线型、旋转‐直线复合型三类，如表1所示。
表1 多自由度超声波电机的分类表
类型
特点 典型结构 旋转型
转子为球体， 两至三个旋转自由度 柱状定子‐球转子 环状定子‐球转子 球形定子‐球转子 直线型 两个平面自由度 单足/多足结构 旋转‐直线复合型
一个旋转自由度 和一个平面自由度
方体定子‐柱状转子
1.1旋转型多自由度超声波电机
旋转型是多自由度超声波电机最常见的一种结构形式。此类电机的特点是转子为球体，可实现两至三个旋转自由度的运动。按照定子的形状特征及与球转子接触的方式，又可以将转动型多自由度电机分为柱状定子型、环状定子型和球形定子型三类。 1.1.1 柱状定子型多自由度超声波电机
柱状定子型多自由度超声波电机的典型结构为圆柱定子‐球转子，圆柱定子一般通过弯振和纵振模态的组合来驱动球转子。这类结构最早由日本东工大的Amano 等人在1998年提出。庆应大学的Takemura 和Maeno 在2001年提出了优化结构[3]，如图1所示。圆柱定子采用兰杰文振子结构，利用压电振子的两个正交二阶弯振模态和一个一阶纵振模态，驱动球转子产生三自由度运动。Φ10mm 电机可实现最高转速
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250r/min 和堵转转矩7mN ?m 。2002年该团队提出了使用神经网络的控制方法，提升电机的可靠性和稳定性[4]。此类电机的轴向尺寸较长，定、转子之间的预紧力常采用永磁体的吸引力，故驱动力矩则较小，姿态控制也较困难。 2006年，东工大的Nakamura 等人进一步简化了柱状定子‐球转子电机的结构[5]，如图2所示，采用两组压电振子，通过施加不同组合的电压激励定子的三种振动模式，进而驱动转子的三自由度运动，实现了短柱式定子。与庆应大学电机相比，该电机结构简单、成本较低、可做到小型化，但控制相对复杂。2011年，该电机在机器人指关节上得到应用[6]。
2007年，南航的李志荣等人采用PID 加逐点比较的控制策略，实现了电机的高精度轨迹跟踪控制[7]，并讨论了定子实现弯、纵谐振频率的一致性的优化方法。2009年，东南大学徐志科等人采用双定子夹持机构，提高了柱状定子超声波电机的输出转矩[8]，双定子虽可有效夹持，但导致定子轴向长度更长。
图1 庆应大学的电机结构
图2东工大的电机结构
哈工大张明辉等人在2007年提出了一种方柱定子‐球转子多自由度超声波电机[9]，如图3所示。该电机
定子为中空的方棱柱体，侧面粘接4片压电陶瓷，
其中对角的2片互相连接。
压电陶瓷在施加电压时产生面内的伸缩和弯曲变形，从而驱动定子产生伸缩、弯曲和扭转运动。该种电机压电振子较难出力，所以球转子输出转矩较小。
图3哈工大研制的电机
1.1.2 环状定子型多自由度超声波电机
环状定子型多自由度超声波电机的特点是定子呈圆
环形，通过圆环的不同振动模态组合来驱动球转子输出多自由度运动。此类型电机的结构新颖，但制造、
驱动和控制等环节都比较复杂，目前成果有限。
2010年， Aoyagi 等人提出了一种夹心式结构电机[10]，如
图4所示。
电机使用2个对称的定子将球转子夹持在中间，新结构既增加了转子的输出力矩又减少了转子的支持机构。研制的样机采用Φ20mm 的球转子和Φ39mm 的圆环定子，在80V 的驱动电压下，输出转矩为58.04mN ?m 。2011年，他们又提出了新的采用一体化的环状定子方案[11]，如图5所示。
图4环状定子超声波电机I 图5环状定子超声波电机II
1.1.3 球形定子型多自由度超声波电机
球形定子型多自由度超声波电机的特点是定子呈半球壳型。台湾中原大学的Ting 等人2009年提出这款电机的定子呈半球壳型，下表面安置呈十字交叉状的压电陶瓷片[12]，如图6所示。研制出定子直径为60mm 、厚度为2mm 的样机。在施加150V 的驱动电压下，得到单自由度最大输出转速15.7r/min ，推力4.61N ；两自由度最大输出转速16.9 r/min ，推力5.08N 。目前该电机的研究还处于起步阶段，存在损耗大、效率低的问题。
与之相比，东京农工大学Toyama 等人研制的电机则有着较高的效率和稳定性以及良好的实用价值[13]，如图7所示。采用3个环状行波定子来驱动球转子，三定子在空间上按照一定规律布置，可以实现球转子的三自由度旋转。由于环状行波定子的可靠稳定和力能效率高，目前该电机的研究已十分成熟并已进入商业化产品阶段。典型的结构为定子直径30mm ，转子直径40mm ，在180V 的驱动电压下，实现额定力矩40 mN ?m ，最大力矩80mN ?m ，最高转速250r/min 。
图6中原大学的电机结构
图7东京农工大的电机结构
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旋转型多自由度超声波电机普遍具有运动灵活、结构简单、体积小、驱动技术成熟等优点，但也存在球转子的速度/位置检测较复杂、输出转矩较小等问题。目前对该类电机的研究主要集中在结构设计、速度/位置的检测和驱动控制的策略优化等方面。
1.2直线型多自由度超声波电机
直线型多自由度超声波电机可以实现在平面内的二自由度运动，通常情况下是直线超声波电机技术的延伸。目前，这种类型电机的研究和成果较少，应用较多集中在精密定位平台上。
法国学者Dembele 和Rochdi 研制出了一种三自由度直线超声波电机[14]，如图8所示。该电机由20片压
电陶瓷和带有4个支撑脚的金属架组成，
可以实现平面内的两自由度直线和面旋转。实验样机尺寸为64mm×38mm×2.5mm ，支撑脚长3mm ，样机总重仅70g ，可由15V 的低电压驱动，运动精度达2.5μm 。国内研究直线型多自由度超声波电机的机构较少，成果有限。南航的金家楣等人提出了一种方尖塔形定子二自由度超声电机[15]。时运来等人设计出了一种基于直线型超声电机的两自由度精密定位平台[16]。
图8 直线型多自由度超声波电机
1.3 旋转-直线复合型多自由度超声波电机
具有旋转和直线两种自由度的超声波电机是近年多自由度超声波电机研究领域的一个新热点。
加拿大萨斯喀彻温大学的Zhang 等人[17]于2006年提出了的电机结构中，旋转和直线运动分别由两个子电机配合完成，其结构和控制相对复杂。
东京农工大学的Mashimo 等人于2008年提出了一种新的旋转‐直线复合型电机结构[18]，如图9所示。该电机由中心开孔的正方体定子和杆状转子组成。该电机设计巧妙，使用单一定子激发两自由度运动，可以做到小型化。2010年研制的样机定子长度仅为3.5mm ，通孔直径仅为2.507mm ，电机转速24rad/s ，
转矩2.5μN ?m ，直线速度80mm/s ，推力2.6mN [19]。
图9 东京农工大学研制的电机
旋转‐直线复合型多自由度超声波电机的研究仍处于起步阶段，转子运动的稳定性较差，输出力矩较小。目前的研究主要集中在结构设计的改进、驱动控制的优化和速度/位置的检测等方面。
2 浙大研究室的研究成果
2.1 行波型球形多自由度超声波电机
自2005年起，浙江大学在国家自然科学基金和863项目的支持下，成功研制了不同种类的多自由度球形超声波电机[20‐24]，如图10所示。研制的样机均采用外缘大倾角内缘线接触的定子结构，定子的换能效率和稳定性得到了显著提高；图10(c)中提出的三定子二自由度的结构，使得结构更紧凑更可靠；图10(d)提出的利用弹性板簧来自动对心和提供预紧力的机构，使该电机易于装配和小型化。样机采用Φ45mm 的球转子和Φ30mm 的定子，实现了堵转力矩100mN ?m 和空转转速90r/min 。由于超声波电机典型的非线性和机电耦合效应，通过建立基于各种机电参数的二/三自由度球形超声波电机数学模型[22‐24]，为电机的优化设计提供了理论基础。
(a) 四定子两自由度球电机
(十字铰结构)
(b) 四定子两自由度球电机
(自适应调心结构)
(c) 三定子两自由度球电机 (d) 三自由度球电机
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(弹性板簧)
(弹性板簧)
图10 行波型球形超声波电机
2.2旋转-直线复合型多自由度超声波电机
从新的构造机理和激励方式入手，提出了一种基于单定子的旋转‐直线两自由度超声波电机，在柱状定子上粘接具有倾斜角度的压电陶瓷，利用一阶的扭振和纵振模态来实现旋转和直线运动。在电机驱动中采用单相电源供电和惯性冲量的控制方法驱动转子运动，通过控制输入方波的频率、占空比和幅值，可以分别实现转子运动模式的切换、运动方向的改变和运动速度的调节。
实验样机选取直径为3mm ，长度为26mm 的柱状定子，如图11所示。采用V pp =100 V 、f =51 kHz 方波电压输入，在占空比为33%(66%)转子的逆(顺)时针运
动，最大转速约为85 r/min ；
采用V pp =100 V 、f =91 kHz 方波电压输入得到转子的直线运动，在占空比为33% (66%)时向内(外)侧运动，最大直线运动速度约为1.5 mm/s 。
本电机具有机理巧妙、结构紧凑、驱动便利和调节灵活等特点，具有一定研究价值和应用前景。
图11旋转‐直线复合型电机
2.3 球形多自由度电机的位姿检测技术
球形超声波电机的应用离不开控制，实现球电机的控制首先是需要实现位姿的检测，这是目前球电机研究领域的关键技术之一。浙江大学在2008年提出了使用调心轴承和连杆机构来检测球转子姿态角[21]，如
图3所示。
调心轴承运动阻力较小且配合精密，可增加检测精度，减小系统损耗，但运动范围受到制约。为此，借鉴机械鼠标原理采用了摩擦轮检测机构，球转子带动摩擦轮，摩擦轮驱动相互垂直与编码器同轴的两个滚轮，从而获得球转子的姿态角等信号。目前又提出利用机器视觉识别的非接触型检测方案，球转子表面安置一反射物，通过检测反射光的位置确定球体的姿态。
图12浙江大学的检测机构
3 结 论
综上所述，多自由度超声波电机技术日益完善，应用领域也愈加广泛。从理论和应用两个层面考虑，下一步的重点发展方向如下：
探索新原理和新结构的多自由度电机。一是可结合一些特殊的运动要求，探索电机的新结构；二是探索新的驱动模态，如柱状定子中可考虑弯纵扭等模态组合。
研究典型电机的数学模型。一是结合若干性能优越、应用背景明确的电机，研究计及各种机电参数的数学模型，研究其性能提高的方法；二是研究各控制参数对电机特性的影响，建立电机控制模型。通过对数学模型的研究，提升对多自由度超声波电机本质的认识，优化电机结构和性能参数。 积极探索姿态检测与控制技术。姿态检测及其控制技术是制约球电机应用的瓶颈。建议重点研究非接触式检测方法。球电机姿态控制具有典型的多变量、强耦合和非线性特征，所以要重点研究具有较高定位和跟踪精度的控制策略。
轻量化、小型化和大功率化。随着工业的发展，对微型设备的需求不断增加，对电机性能也提出了更高的要求。优选一些力能指标好的电机，进行轻量化和小型化设计，重点提高转矩特性。 集成化、智能化和低成本化。电机智能化是目前研究领域的热点问题和发展趋势。在检测和驱动控制中选用低成本、高集成度的光学和电子器件、研究智能的控制算法；整合几种功能于一体，如将驱动控制系统整合到电机本体上，实现机电一体化，使多自由度电机具备体积小、控制稳定、功能丰富、价格合适等特点。
行波型球形多自由度超声波电机具有独特优势，可重点发展用于安防的球机驱动控制、机械手手腕驱动等，适宜产业化。另外，对此电机的研究也相对深入，电机本体技术已较成熟，若继续深化测控方面的研发，不仅可突破三维姿态角测量及其控制理论和技术，还有望形成一个有较大市场空间的产品。
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参 考 文 献
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Research status and development trends of multi ‐degree ‐of
‐freedom ultrasonic motor
第五届全国振动利用工程学术会议暨第四次全国超声电机技术研讨会
The Fifth Conference on Vibration Utilizing Engineering in China & The Fourth Workshop on Ultrasonic Motor Techniques in China （CVUEC & WUMTC2012）
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Guo Jifeng ，Wang Jian ，Bai Yang
(College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China )
Abstract The multi ‐degree of freedom ultrasonic motor is suitable for space agencies and multi ‐dimensional driving occasions,
such as robotics, medical, optical and security fields. Firstly the structure, properties and characteristics of representative types of multi ‐DOF ultrasonic motor, which are presented in recent years at home and abroad, are discussed. Then a spherical traveling ‐wave type ultrasonic motor and a rotary ‐linear hybrid type ultrasonic motor developed by our laboratory are introduced with the position and attitude control technology. Finally the future development of the multi ‐DOF ultrasonic motor is recommended.
Key words: multi ‐degree ‐of ‐freedom ultrasonic motor research trends development trends position and attitude control
多自由度超声波电机的研究现状与发展趋势
作者：郭吉丰， 王剑， 白洋
作者单位：浙江大学电气工程学院 杭州,310027
本文链接：https://www.360docs.net/doc/0813751533.html,/Conference_8174004.aspx
多自由度超声波电机的研究现状与发展趋势
102 44多自由度超声波电机的研究现状与发展趋势 郭吉丰，王剑，白洋 （浙江大学电气工程学院 杭州，310027） 摘要 多自由度是超声波电机研究领域的热点和难点，多自由度超声波电机适合应用于空间机构和多维驱动场合，如机器人、医疗、光学和安防等领域。本文首先分类探讨了国内外近年来涌现的具有代表性的几类多自由度超声波电机的结构、性能及其特点；其次总结了本研究室研制的行波型球形超声波电机和直线-旋转复合型超声波电机，并阐述了球形多自由度电机的位姿控制技术；最后对多自由度超声波电机今后的发展方向提出了建议。 关键词 多自由度 超声波电机 研究现状 发展趋势 位姿控制 中图分类号 TM355 引 言 超声波电机利用压电材料的逆压电效应，将弹性材料的微观形变转化为宏观运动，具有低速大力矩、高功率密度、高分辨率、无电磁干扰、结构紧凑、可直驱、运动实现多样化等特点，适合在小功率场合使用，可部分代替电磁型电机，特别在航空航天、光学调焦、仪器仪表、机器人等领域得到了很好的应用[1]。随着科技的发展，机电系统也日益复杂化，很多场合需要多自由度驱动，但是由于多自由度电磁型电机结构复杂，难于制造和实施控制，且不适合低速直驱的应用要求。所以一些学者独辟蹊径[2]，采用超声波电机的原理发展多自由度电机，由于形成的多自由度超声波电机仍具有低速大力矩、高分辨率和结构紧凑等优点，可用于机器人关节、精密装配、微小型机器人等多维机电装置，具有良好的应用前景[1]。因此，国内外对此领域研究活跃，产生了多种原理和结构形式的电机，同时在测控技术上也有所进展。 本文首先分类探讨了近年来出现的几种多自由度超声波电机的结构、性能及特点，给出了一些具有代表性的电机实例；其次总结了本研究室在多自由度超声波电机方面的主要研究成果；最后指出了多自由度超声波电机的重点研究方向。 1 多自由度超声波电机的研究现状 多自由度超声波电机可实现多个自由度的运动，具有 国家自然科学基金(51107111)和中国博士后科学基金(20110491767)资助项目 机械集成度高的特点。按照电机转子运动的输出形式，可将多自由度超声波电机分成旋转型、直线型、旋转‐直线复合型三类，如表1所示。 表1 多自由度超声波电机的分类表 类型 特点 典型结构 旋转型 转子为球体， 两至三个旋转自由度 柱状定子‐球转子 环状定子‐球转子 球形定子‐球转子 直线型 两个平面自由度 单足/多足结构 旋转‐直线复合型 一个旋转自由度 和一个平面自由度 方体定子‐柱状转子 1.1旋转型多自由度超声波电机 旋转型是多自由度超声波电机最常见的一种结构形式。此类电机的特点是转子为球体，可实现两至三个旋转自由度的运动。按照定子的形状特征及与球转子接触的方式，又可以将转动型多自由度电机分为柱状定子型、环状定子型和球形定子型三类。 1.1.1 柱状定子型多自由度超声波电机 柱状定子型多自由度超声波电机的典型结构为圆柱定子‐球转子，圆柱定子一般通过弯振和纵振模态的组合来驱动球转子。这类结构最早由日本东工大的Amano 等人在1998年提出。庆应大学的Takemura 和Maeno 在2001年提出了优化结构[3]，如图1所示。圆柱定子采用兰杰文振子结构，利用压电振子的两个正交二阶弯振模态和一个一阶纵振模态，驱动球转子产生三自由度运动。Φ10mm 电机可实现最高转速
驱动轮直流电机选择计算
驱动轮直流电机选择计算 The final edition was revised on December 14th, 2020.
驱动轮电机用于驱动 AGV 的运行，包括AGV 的直行及差速转弯。在选择电机时，我们通常需要计算出电机的额定功率、额定转矩、额定转速等[28]。而在驱动电机的参数计算之前首先需要明确 AGV 的各项设计要求，如表3-1 所示。 3.1.1 电动机的选择 1. 驱动力与转矩关系 AGV 在地面行驶时，轮子与地面接触，AGV 克服摩擦力向前行驶，电机输出转矩Tq 为小车提供驱动力。而Tq 经减速机减速后得到输出转矩Tt 输出至驱动轮，输出转矩Tt 为： 式中 g i ——减速机减速比； q T ——电机输出转矩； t T ——输出转矩； ——电机轴经减速机到驱动轮的效率。 驱动轮在电机驱动下在地面转动，此时相对于地将形成一个圆周力，而地面对驱动轮也将产生一个等值、反向的力t F ，该力即为驱动轮的驱动力[29] 。驱动力为： 式中 q R ——驱动轮的驱动半径。 由于驱动轮一般刚性较好，视其自由半径、静力半径、滚动半径三者相同，均为q R 。 2. 驱动力与阻力计算 小车在行驶过程中要克服各种阻碍力，这些力包括：滚动阻力f F 、空气阻力w F 、坡度阻力r F 、加速度阻力j F 。这些阻力均由驱动力t F 来克服，因此： (1) 滚动阻力f F 滚动阻力在 AGV 行驶过程中，主要由车轮轴承阻力以及车轮与道路的滚动摩擦阻力所组成，f F 大小为：
式中 F——车轮与轴承间阻力； fz F——车轮与道路的滚动摩擦阻力。 fg 其中，车轮轴承阻力 F为： fz 式中P——车轮与地面间的压力，AGV设计中，小车自重m为100kg，最大载重量 M为200kg，因此最大整车重量为300kg，一般情况下，AGV前行过程中，有三轮m ax 同时着地，满足三点决定一平面的规则，各轮的压力为P=1000N[30]； d——车轮轴直径，驱动轮在本次设计中选择8寸的工业车轮，即d=48mm； D——车轮直径，查文献[40]可知，驱动轮在本次设计中选择8 寸的工业车轮，即D=200mm； μ——车轮轴承摩擦因数，良好的沥青或混凝土路面摩擦阻力系数为—，μ =。 F为： 车轮与道路的滚动摩擦阻力 fg 式中Q——车轮承受载荷，Q=1000N； f——路面摩擦阻力系数，f=。 则： F： (2)空气阻力 w 空气阻力是 AGV 行驶过程当中，车身与空气间形成了相对运动而产生于车身上的阻力，该阻力主要由法向力以及侧向力两部分组成。空气阻力与AGV 沿行驶方向的投影面积以及车身与空气的相对运动速度有关，但由于AGV工作于室内，基本工作环境中无风，且速度不快，同时 AGV 前后方的投影面积均不大，因此认为空气阻力F[31]。 ≈ w F： (3)坡度阻力 r AGV 所实际行驶的路面并非理想化绝对平整，而是存在一定的坡度[32]，当 AGV行驶到该坡度处时，重力将产生一个沿着坡度方向的阻力，这个阻力就被称之为坡度阻F，表达式为： 力 r 式中G——AGV 满载总重量； α——最大坡度。 在 GB/T 20721-2006“自动导引小车国标”中表示：路面坡度（H/L）定义为在100mm 以上的长度范围内，路线水平高度差与长度的最大比值，路面坡度的最大比值需要小于（含），对于 AGV 精确定位的停车点，路面坡度需要小于（含）[33]。取坡度： 因此： F： （4）加速度阻力 j
电动机三种典型振动故障的诊断(1)
电动机三种典型振动故障的诊断 1 引言 某造纸厂一台电动机先后出现了三种典型的振动故障: (1) 基础刚性差; (2) 电气故障; (3) 滚动轴承损坏。 现将诊断分析及处理过程进行简单的描述和总结: 此电动机安装于临时混凝土基础上，基础由四根混凝土支柱支撑于二楼楼板横梁上，基础较为薄弱。电动机运行时振动较大，基础平台上感觉共振强烈。没有发现其他异常。 电动机结构型式及技术参数如下: 三相绕线型异步电动机 型号:yr710-6 额定功率:2000kw 额定转速:991r/min 工作频率:50hz 额定电压:10kv 极数:6 滚动轴承:联轴节端nu244c3; 6244c3 末端: nu244c3 (fag) 针对本电动机的特点,采用entek data pactm 1500数据采集器＋9000a-lbv加速度传感器; enmoniter odyssey软件进行振动数据的采集和分析: 2 电动机基础刚性弱的诊断过程 2001年8月21日，采用entek data pactm 1500数据采集器对此电动机进行测试。首先，
断开联轴节，进行电动机单试。测量电动机两端轴承座处水平、垂直、轴向三个方向的振动速度有效值(mm/s rms)、振动尖峰能量(gse)幅值及频谱;测量电动机地脚螺栓、基础、基础邻近台板各点及台板下支撑柱上各点的振动位移峰峰值(μm p-p); 测量电动机两侧轴承座 水平、垂直方向的工频(1×n)振动相位角。将电动机断电，采集断电瞬间前后电动机振动频谱瀑布图。 之后，重新找正对中，带负荷运行进行测试，测试内容同上。 测点位置如图1所示;对电动机基础、地脚螺栓及台板各点振动幅值进行测量的数据如图2、图3所示。 图1 图2 振动数据侧视图
超声波电动机
微特电机课程论文超声波电动机 学院: 专业班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期：
摘要 超声波电机是一个机电耦合系统，涉及到振动学、摩擦学、材料学、电力电子技术、自动控制技术和实验技术等。超声波电动机利用压电材料的逆压电特性，激发电机定子的机械振动，通过定转子之间的摩擦力，将电能转换为机械能输出，驱动转子的定向运动。与传统电机相比，它具有体积小、低速大转矩、反应速度快、不受磁场影响、保持力矩大等优点，是一项跨学科的高新技术。近几年来超声波电动机已成为国内外在微型电机方面的研究热点。 关键字：超声波电机、逆压电效应、机械振动、高新技术。
一、超声波电动机简介 超声波电动机(Ultrasonic Motor缩写USM)是以超声频域的机械振动为驱动源的驱动器。由于激振元件为压电陶瓷，所以也称为压电马达。80年代中期发展起来的超声波电机(Ultrasonic motor，USM)是基于功能陶瓷的超声波频率的振动实现驱动的新型驱动器。超声电机是一个典型的机电一体化产品，由电机本体和控制驱动电路两部分组成。产品涉及到振动学、波动学、材料学、摩擦学、电子科学、计算技术和实验技术等多个领域。超声波电动机打破了由电磁效应获得转速和转矩的传统电机的概念，它利用压电材料的逆压电效应，使振动体在超声频段内产生振动，通过定子与动子间的摩擦输出能量。 二、超声波电动机的分类 1. 环状或盘式行波型超声波电动机 由底部粘接着压电陶瓷元件的环状定子和环状转子构成。对极化后的压电陶瓷元件施加—定的高频交变电压，在定子弹性体中形成沿圆周方向的弯曲行波。对定、转子施加一定的预压力，转子受到与行波传播方向相反的摩擦力作用而连续转动，定子上的齿槽用于改善电机的工作性能。 2. 直线式行波型超声波电动机 （1）双Langevin振子型：利用两个Langevin压电换能器，分别作为激振器和吸振器，当吸振器能很好地吸收激振器端传来的振动波时，有限长直梁似乎变成了—根半无限长梁，这时，在直梁中形成单向行波，驱动滑块作直线运动。当互换激振器与吸振器的位置时，形成反向行波，实现反向运动。
机器人直流无刷电机参数
机器人直流无刷电机是一种应用在智能机器人驱动上的微型电机产品，具备驱动、减速、提升扭矩功能，主要由微型直流无刷电机、齿轮箱组装而成，也称为机器人电机；这种直流无刷电机属于非标电机齿轮箱，采用定制参数、性能特点、结构方式，定制参数范围，直径规格在3.4mm-38mm之间，额定电压在3V-24V，输出力矩范围：1gf.cm到50Kgf.cm之间，减速比范围：5-1500；输出转速范围：5-2000rpm； 机器人直流无刷电机产品参数： 产品名称：儿童智能陪护机器人电机齿轮箱 电压：3V-24V 空载转速：15000 空载电流：300MA 工作温度：-20 (85) 产品说明：儿童智能陪护机器人电机齿轮箱为特定客户开发设计，只作为儿童智能陪护机器人电机齿轮箱的方案展示。 标准直流无刷电机产品参数： 产品名称：5v直流减速电机 产品分类：直流减速电机 电压：5 VDC 材质：五金 旋转方向：cw&ccw 齿轮箱回程差：≤2°（可定制） 轴承：烧结轴承;滚动轴承 轴向窜动：≤0.1mm(烧结轴承);≤0.1mm(滚动轴承) 输出轴径向负载：≤20N(烧结轴承);≤30N(滚动轴承) 输入速度:≤15000rpm 工作温度：-30 (100)
产品名称：直流无刷减速电机（齿轮电机） 产品分类：无刷减速电机 产品规格：Φ20MM产品 电压：12V 空载电流：220 mA （可定制） 负载转速：2.4-1000 rpm（可定制） 减速比：5/25/125/625:1（可定制） 机器人直流无刷电机定制参数、规格范围： 尺寸规格系列：3.4mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、28mm、32mm、38mm； 电压范围：3V-24V 功率范围：0.1W-40W 输出力矩范围：1gf.cm到50Kgf.cm 减速比范围：5-1500； 输出转速范围：5-2000rpm； 生产厂家
无刷直流电动机的发展现状
. .. 无刷直流电动机的发展现状 无刷直流电动机的发展现状：无刷电动机的诞生标志是1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可*、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。 在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。
超高速永磁直流无刷电机的特点
超高速永磁直流无刷电机的特点 永磁无刷直流电机由于气隙大,效率高,转子结构简单,适合于超高速运行,是特种电机领域研究的热点,也是超高速精密电主轴理想的驱动部件之一。 永磁无刷直流电机的转子常采用高性能永磁铁,设计成磁环或者扇形块粘贴在转子上,强度低；另外电机高频引起的损耗大,转子散热困难等特有的问题,使得高速永磁无刷直流电机转子温升过大,永磁体易于退磁,制约了电机转速的进一步提高。 在掌握高速永磁无刷直流电机设计理论的基础上,通过电主轴用永磁直流无刷电机的主要问题进行深入的分析,从电机本体结构设计、电磁设计、超高速转子设计等方面对超高速电主轴用电机进行设计,并对开发的超高速永磁直流无刷电机的性能进行了分析。 主要的研究内容包括：首先,阐述了课题的背景及意义,国内外的研究现状,研究内容及结构安排,接着对永磁无刷直流电机的结构组成和工作原理进行了分析。采用传统的磁路计算和电磁场有限元相结合的方法,进行了高速永磁电机的电磁计算。 针对超高速电机的损耗过大等关键问题,结合永磁无刷直流电机的电磁计算方法,给出了一套比较完整的电主轴用内装式超高速永磁无刷直流电机本体设计方案。 其次,研究了力辉电机转子机械强度,转子采用的是整体磁环式结构,为了防止永磁体在高速旋转时产生的巨大拉应力作用下而破
坏,利用非导磁合金钢护套对永磁体进行了保护,保护套与永磁体之间采用过盈配合。基于弹性力学理论和有限元接触理论建立了高速永磁转子应力计算模型,计算了永磁体和护套的接触应力,确定了护套和永磁体之间的过盈量。 根据电主轴实际运行时的温升现象,校核了不同温度下的永磁体和护套的强度,从而保证永磁转子的安全运行。 第三,对高速永磁无刷直流电机内的损耗进行了分析计算,采用有限元法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响,在空,负载状态下的研究结果均表明：随着槽开口的增加或者气隙长度的减小,转子损耗都会增加。由于定转子损耗与磁场波形密切相关,对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机气隙磁场和电机损耗的影响,结果表明：平行充磁优于径向充磁。 最后,在电机设计的基础上,利用软件搭建了永磁无刷直流电机有限元模型,分析了电磁转矩脉动的抑制方法,并对磁路方案进行了校正,仿真分析了电机性能,完善了电机的结构设计。
水轮发电机组振动原因分析
水轮发电机组振动原因 分析 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
水轮发电机组振动原因分析水轮发电机组的振动问题与一般动力机械的振动有一定差异,除了机器本身转动或固定部分引起的振动外,尚需考虑发电机的电磁力以及作用于水轮机过流部分的流动压力对系统及其部件振动的影响。在机组运转的状态下,流体—机械—电磁三部分是相互影响的。例如,当水流流动激起机组转动部分振动时,在发电机转子与定子之间会导致气隙不对称变化,由此产生的磁拉力不平衡也会造成机组转动部分的振动,而转动部分的运动状态出现某些变化后,又会对水轮机的水流流场及发电机的磁场产生影响。因此,水轮机的振动是电气、机械、流体等多种原因引起的。可见,完全按照这三者的相互关系来研究系统的振动是不够的。鉴于问题的复杂性,将引起水轮机组振动原因大致分为机械、水力、电气三方面的因素来研究,为水电厂生产管理、运行、检修人员提供参考意见,以便制定出相应的预防和消振措施。 1水轮发电机组振动的危害振动是旋转机械不可避免的现象,若能将其振幅限制在允许范围内,就能确保机组安全正常运行。但较大振动对机组安全是不利的,会造成如下危害:
ａ)使机组各连接部件松动,使各转动部件与静止部件之间产生摩擦甚至扫膛而损坏; ｂ)引起零部件或焊缝的疲劳、形成并扩大裂缝甚至断裂; ｃ)尾水管低频压力脉动可使尾水管壁产生裂缝;当其频率与发电机或电力系统的自振频率接近时,将发生共振,引起机组出力大幅度波动,可能会造成机组从电力系统中解列,甚至危及厂房及水工建筑物。下面简单介绍几起天桥水电厂机组振动引起的事故,以便从中了解机组振动的起因。 ａ)20世纪80年代初,天桥水电站多次发生因振动摆度过大而引起的设备损坏事故。1980年8月3号机由于上导轴承摆度大导致4个上导瓦背垫块断裂;1982年10月3号机发生发电机扫膛严重事故,上导瓦架与上机架固定螺栓8只中的5只被剪断,1只定位销剪断、瓦架变形。上机架振幅达022ｍｍ,水导轴承处振幅达020ｍｍ。水轮机轴与发电机大轴法兰联接处摆度为074ｍｍ,后经测量分析为机组轴承中心不正,发电机转子外圆度超标,空气间隙不匀等原因所致。
永磁直流电机性能参数
ZYT直流永磁电机 概述 ZYT直流永磁电机采用铁氧体永磁磁铁作为激磁，系封闭自冷式。作为小功 率直流马达可以用在各种驱动装置中做驱动元件。 产品说明 (1)产品特点：直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑；直流电动机 过载能力较强，热动和制动转矩较大；由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。 (2)使用条件：海拔w 4000m环境温度：-25 C —+40C ;相对湿度w 90%(+25C时)；允许温升，不超过75K。 型号说明 90ZYT08/H1 1.90位置表示机座号。用55、70、90、110和130表示。其相应机座号外径为 55mm 70mm 90mm 110mn和130mm 2. ZYT表示直流永磁马达。 3.08位置表示铁芯长度。其中01-49为短铁芯，51-99为长铁芯和101-149为超长铁芯。 4.H1位置为派生结构。其代号用H1、H2 H3??…。 安装形式 1. A1表示单轴伸底脚安装，AA1表示双轴伸底脚安装。 2. A3表示单轴伸法兰安装，AA3表示双轴伸法兰安装。 3. A5表示单轴伸机壳外圆安装，AA5表示双轴伸机壳外圆安装。 使用条件 1. 海拔不超过4000米。 2. 环境温度：-25度到40度。 3. 相对温度：小于等于95度。 4. 在海拔不超过1000米时，不超过75K. 技术参数 以下数值为参考使用，在实际生产时可以根据客户要求调整。 1. 型号55ZYZT01-55ZYZ10转矩55.7-63.7(毫牛米),速度3000-6000(r/min), 功率20-35(W),电压24-110(V)，电流1.5-3.2 (A)和允许逆转速度差
文献综述--无刷直流电机
文献综述 无刷直流电动机： 时间轴： 1955年—无刷电机诞生 1978年—无刷电机进入实用阶段 20世纪—无传感器无刷电机研制成功 无刷电动机的诞生标志是1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可靠、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。 在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。 由于位置传感器的使用有如下缺点： (1)增大电机尺寸； (2)传感器信号传输线太多，容易引起干扰；
超声波电机研究现状
综 述?REV IE W 超声波电机研究现状 收稿日期:2005-03-25 芦亚萍,孟繁琴,袁云龙(宁波工程学院机械系,宁波 315016) 摘 要:介绍了超声波电机的基本原理及分类。概述了前苏联、日本、美国以及国内的超声波电机研究和应用情况,分析了超声波电机建模的研究进展和实际困难。 关键词:超声波电机;现状;应用 中图分类号:T P211 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2005)05-0075-03 The Recen t D evelop m en t of Ultra son ic m otor LU Ya-p ing,M EN G Fan-qin,YUAN Yun-long (N inbo U niversity of T echno logy,N ingbo,315016Ch ina) Abstract:T h is paper analyzes the basic theo ry of ultrasonic and gives its classificati on,then p resents the late research accomp lishm ent and app licati on trend in U SSR,Japan,U SA,and Ch ina.A t last po ints out the p rogress and difficulty about mo to r contro l and dynam ic model. Key words:ultrasonic mo to r;developm ent;app licati on 0 引 言 超声波电机是利用压电材料的逆压电效应实现驱动的一种新型微特电机,具有如下一些特点: (1)低压电源控制,功耗低;(2)刚度好,热稳定性好;(3)直接获得低转速大力矩,可直接用于驱动元件,不象电磁型电机需添加减速器;(4)没有线圈和磁铁,本身不产生电磁波,外部磁场对其影响也很小;(5)具有无源自锁性能,且响应时间短;(6)可实现高精密定位;(7)体积小,易于集成,能量密度高; (8)适宜在各种特殊的恶劣环境下使用。 超声波电机是压电陶瓷、功能材料、机械振动、超精加工、电力电子、控制理论等学科交叉发展的结晶,对其研究与开发具有重要的现实意义。 1 分 类 超声波电机的分类没有统一的标准,目前通行的分类方法主要有以下几种。 按产生转子运动的机理可分为驻波型和行波型。驻波型是利用作固定椭圆运动的定子来推动转子,属间断驱动方式。行波型则利用定子中产生的行走的椭圆运动来推动转子,属连续驱动方式。 行波型超声波电机的特点是在弹性体内产生单向的行波,利用行波表面指点的椭圆振动轨迹传递能量。由于波传播具有反射性和双向性,采用单个压电激励源不可能在细长弹性体环和棒内产生单方向的行波,只能产生一驻波。要在有限长弹性体内产生单方向行波,必须采用防止波反射的措施或采用两个压电激励源,通过激励两个驻波合成行波,若采用两个激励源,则两激励源时间、空间相差Π 2的奇数倍。驱动媒质与移动体的接触面按空间分布,两者仅在行波波峰处与移动体接触时驱动力较大。 驻波型超声波电机是利用在弹性体内激发的驻波,驱动移动体移动,单一的驻波表面质点作同相振动,不能够传递能量。驻波型超声波电机通过激发并合成相互垂直的两个驻波,使得弹性体表面质点作椭圆振动,直接或间接驱动移动体运动而输出能量。由于驻波型超声波电机弹性体表面质点作等幅同相振动,驱动媒质与移动体的接触或驱动力按时间分布,这是驻波型超声波电机的一个显著特点。 驻波型超声波电机根据激励两个驻波振动的方式不同,可分为纵扭振动复合型超声波电机和模态转换型超声波电机。纵扭复合型超声波电机是采用两个独立的压电振子分别激发互相垂直的两个驻波振动,合成弹性体表面质点的椭圆振动轨迹;模态转换型超声波电机仅有一个压电振子激发某一方向的振动,再通过一机械转换振子同时诱发一个与其垂直的振动,二者合成弹性体表面质点的椭圆振动轨 — 5 7 — 超声波电机研究现状 芦亚萍 孟繁琴 袁云龙
无刷直流减速电机参数
概述 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。 参数 无刷直流减速电机参数分为标准参数和定制电机参数； 标准小型电机参数如下： 直径尺寸：4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、18mm、20mm、22mm、28mm、32mm、38mm； 齿轮箱材质分为：金属、塑胶材质结构； 输出转速：5-2000rpm； 减速比：5-1500； 功率：3V-24V； 输出扭矩：1gf-cm到50KGf-cm； 定制参数，即可按照项目设备需求定制无刷直流减速电机参数、规格和性能需求。
用途 小型无刷直流减速电机广泛应用在医疗器械，智能家居，机器人，汽车驱动，自动化设备，光学设备，精密仪器，工控设备等领域；按照应用方式分为：持续负载应用、可变负载应用、定位应用；在智能家居、智慧城市、机器人自动化领域均有广泛应用，通常是定制参数，规格模式。 品牌介绍 深圳市兆威机电股份有限公司成立于2001年，是一家研发、生产精密传动系统及汽车精密注塑零组件的制造型企业，为客户提供传动方案设计,零件的生产与组装的定制化服务。
无刷直流电机国内外研究现状简述
一、国内外研究现状简述： 有刷直流电动机自出现以来，以其优良的转矩控制特性，最早应用于工农业生产领域，在运动控制领域中占据主导地位。但是，机械换向问题一直是电流电机的一个弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。 1955年美国的D.Harrison首次申请用晶体管的换相线路代替有刷直流电机的机械电刷的专利，标志现代无刷直流电机的诞生。而后又经过人们多年的努力，使科学技术飞速的发展，带来了半导体技术的飞跃，开关型晶体管的研制成功为创造新型的无刷直流电动机带来生机。现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成新一代的电动调速系统，这些使得电机的驱动电路体积更小且设计简化。无刷直流电机的优越调速性能（主要表现在：调速方便，调速范围宽，低速性能好，运行平稳，噪音低，效率高）将使无刷直流电机的应用更加普及。由于无刷直流电机的应用前景广阔，各国都加快对无刷直流电机新产品开发的速度和占领市场的力度，尤其美国和日本及西方国家具有较先进的无刷直流电机制造和控制技术。因此在2004年的国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机取代这一发展趋势。 在我国，无刷直流电机的发展时间较短，但随着技术的日益成熟与完善也得到了快速的发展。我国直流无刷电机的研制工作始于二十世纪70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。但限于我国元器件制造工艺能力水平较低，与国际相比差距较大，所以目前我国在无刷直流电机领域仍不是技术强国。我国的无刷直流电机已在航空航天、电动车、家用电器等多个领域得到广泛应用，并在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链。并且，我国目前是世界最大的永磁体（生产无刷电机的主要原材料）生产供应基地，中国还将会成为全球最大的无刷电机生产国。并在技术上不断推进行业发展。但是，中国在无刷直流电机产业的发展过程中出现了不少的问题，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；产业能耗大、环境污染严重；企业总体规模小、技术创新能力薄弱等。 当今，世界对无刷直流电机的研究热点主要集中在以下三个方面： 1、设计可靠、小巧、通用性强的集成化无刷直流电机控制器；
周铁英超声电机的发展与展望
超声电机的发展与展望周铁英陈宇 (清华大学物理系, 北京100084) 1 引言和回顾超声电机是利用压电材料的逆压电效应制成的新型驱动器。它由定子、转子以及施加预压力的机构等部件构成。把超声频交变电压加在压电陶瓷上可以在定子表面产生超声振动，通过定子与转子之间的摩擦力驱动转子运动[1-2]。超声电机是多学科交叉的学科，它集超声学、振动学、材料学、摩擦学、电子学和控制科学为一体，需要众多领域合作研究。与电磁电机相比，超声电机的主要特点包括：1、大力矩低转速，不需减速机构；2、能量密度大，可达电磁电机的3－10倍；3、响应速度快，仅ms量级；4、定位精度高；5、无电磁干扰；6、因靠摩擦驱动，具有自锁功能。国际上第一个超声电机的发明专利是1942年美国人Williams 和Brown 申请的，该专利1948年授权[3]。1982年日本成功地开发出行波型超声波电动机, 仅在5至7年之后，佳能、新生等几家日本公司就把超声波电动机推向市场，其中相机和打印机最为成熟。近期FUKOKU、ASUMO、精工仪器、佳能精机、京瓷、奥林巴斯光学工业、MITSUBA，SIGMAPHOTO（适马镜头）等单位都引入了超声电机的研发。图1是1998年日本超声电机投放市场的分布图[4]，其中照相机和工业机械的市场占有率为88.2%，医疗器械 5.9%，汽车电器3.6%。 1.50.73.65.9照相机工业机器22.6医疗器械汽车住宅设备65.6其他图1 1998年日本超声电机投放市场的分布图如图1所示，日本用于照相机调焦的主要超声电机是佳能使用的行波型和摇头型，有数百个专利，基本形成市场的垄断。现在, 除了日本之外, 美国、德国、法国、瑞士、韩国、土耳其、新加坡等都有超声电机产品进入市场。美国的一
直流无刷低速电机参数
直流无刷低速电机是一种低转速驱动电机，主要传动结构由减速齿轮箱、驱动无刷电机组装而成，这种低转速设备也称为直流无刷减速电机，减速齿轮箱是采用定制参数的非标齿轮箱作为减速器，直径规格在3.4mm-38mm之间，额定电压在3V-24V，输出力矩范围：1gf.cm到50Kgf.cm之间，减速比范围：5-1500；输出转速范围：5-2000rpm； 直流无刷低速电机参数： 产品名称：直流无刷减速电机（齿轮电机） 产品分类：无刷减速电机 产品规格：Φ20MM产品 电压：12V 空载电流：220 mA （可定制） 负载转速：2.4-1000 rpm（可定制） 减速比：5/25/125/625:1（可定制） 产品名称：6V直流减速电机 产品分类：直流减速电机 外径：6mm 材质：塑料 旋转方向：cw&ccw 齿轮箱回程差：≤3° 轴承：烧结轴承;滚动轴承 轴向窜动：≤0.3mm(烧结轴承)；≤0.2mm(滚动轴承) 输出轴径向负载：≤0.3N(烧结轴承)；≤4N(滚动轴承)
产品名称：24v直流减速电机 外径：22mm 材质：塑料 旋转方向：cw&ccw 齿轮箱回程差：≤3°（可定制） 轴承：烧结轴承;滚动轴承 轴向窜动：≤0.1mm(烧结轴承);≤0.1mm(滚动轴承)输出轴径向负载：≤50N(烧结轴承);≤100N(滚动轴承)输入速度:≤15000rpm 工作温度：-20 (85)
定制直流无刷低速电机参数、规格范围： 尺寸规格系列：3.4mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、28mm、32mm、38mm； 电压范围：3V-24V 功率范围：0.1W-40W 输出力矩范围：1gf.cm到50Kgf.cm 减速比范围：5-1500； 输出转速范围：5-2000rpm； 产品特点：体积小、质量轻、减速范围广、扭矩大、噪音低、精度高、应用范围广。 产品应用： 直流无刷低速电机广泛应用在智能家居领域、智能汽车驱动、智能通讯设备、电子产品设备、智能医疗设备、智能机器人设备、智慧物流设备、工业自动化设备等。
直流永磁电机基本知识
直流永磁电机基本知识 一.直流电机的工作原理 1.直流电机的工作原理 这是分析直流电机的物理模型图。 其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的) 上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
直流电机的原理图 对上上图所示的直流电机，如果去掉原动机，并给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷A 流入，经过线圈，从电刷B 流出，根据电磁力定律，载流导体和收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷A 和换向片2接触，电刷B 和换向片1接触，直流电流从电刷A 流入，在线圈中的流动方向是，从电刷B 流出。 此时载流导体和受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。 实用中的直流电机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。 将直流电机的工作原理归结如下
无刷直流电机开题
论文题目: 无刷直流电动机转矩脉动抑制的研究 姓名: 专业名称: 控制理论与控制工程 研究方向: 交流传动与伺服控制 指导教师: ） 日期:2011年12月30日 青岛大学硕士研究生学位论文开题报告
一选题的目的和意义 现代社会中，电能是最常用且最为普遍的二次能源。而电机作为机电能量转换装置，经过一个多世纪的发展，其应用范围已遍及现代社会和国民经济的各个领域及环节。为了适应不同的实际应用，各种类型的电机应运而生，其中包括直流电机、异步电机、同步电机、开关磁阻电机和各种其他类型的电机，其容量小到几毫瓦，大到百万千瓦。 相比之下，直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但是传统直流电机均采用电刷以机械方式换向，因而存在机械摩擦，使电机寿命缩短，并带来了噪音、火花以及无线电干扰等问题，且制造成本高及维修困难。 异步电机结构简单、制造方便、运行可靠、价格便宜，但其机械特性软、启动困难、功率因数低，不能经济地实现范围较广的平滑调速，且必须从电网吸收滞后的励磁电流，从而降低电网功率因数。 他控式变频同步电机具有转矩大、效率和精度高、机械特性硬等优点，但调速困难、容易“失步”等弱点大大限制了它的应用范围。 开关磁阻电机转子既无绕组也无永磁体，其结构简单、成本低廉，在低速时具有较大的转矩，控制换相时无上下桥直通等问题，但其噪声和转矩波动相对较大，这在某种程度上限制了该类型电机的推广应用。 无刷直流电机在保持传统直流电机优越的调速性能基础上，克服了原来机械换向和电刷引起的一系列问题，且具有效率高、功率密度大、功率因数高、体积小、控制精度高等明显优点。但是位置传感器的安装与使用，一般会增加电机的成本，并影响无刷直流电机控制系统的可靠性和工作寿命；另外，位置传感器装入电机内部，还可能会增大电机的体积，在汽车，航空航天，家用电器，办公自动化领域等对电机体积有严格要求与限制的行业中更适于使用无传感器无刷直流电机。 于是对于无刷无位置传感器直流电动机的转矩脉动抑制的研究就有了很大的意义。
周铁英超声电机的发展与展望
超声电机的发展与展望 周铁英陈宇 (清华大学物理系, 北京 100084) 1 引言和回顾 超声电机是利用压电材料的逆压电效应制成的新型驱动器。它由定子、转子以及施加预 压力的机构等部件构成。把超声频交变电压加在压电陶瓷上可以在定子表面产生超声振动， 通过定子与转子之间的摩擦力驱动转子运动[1-2]。超声电机是多学科交叉的学科，它集超声学、振动学、材料学、摩擦学、电子学和控制科学为一体，需要众多领域合作研究。与电磁 电机相比，超声电机的主要特点包括：1、大力矩低转速，不需减速机构；2、能量密度大， 可达电磁电机的3－10倍；3、响应速度快，仅ms量级；4、定位精度高；5、无电磁干扰；6、因靠摩擦驱动，具有自锁功能。 国际上第一个超声电机的发明专利是1942 年美国人Williams 和Brown 申请的，该专 利1948年授权[3]。1982年日本成功地开发出行波型超声波电动机, 仅在5至7年之后，佳 能、新生等几家日本公司就把超声波电动机推向市场，其中相机和打印机最为成熟。近期FUKOKU、ASUMO、精工仪器、佳能精机、京瓷、奥林巴斯光学工业、MITSUBA，SIGMAPHOTO（适马镜头）等单位都引入了超声电机的研发。图1是1998年日本超声电机 投放市场的分布图[4]，其中照相机和工业机械的市场占有率为88.2%，医疗器械 5.9%，汽 车电器3.6%。 1.5 0.7 3.6 5.9 照相机 工业机器 22.6 医疗器械 汽车 住宅设备 65.6 其他 图1 1998年日本超声电机投放市场的分布图 如图1所示，日本用于照相机调焦的主要超声电机是佳能使用的行波型和摇头型，有数 百个专利，基本形成市场的垄断。现在, 除了日本之外, 美国、德国、法国、瑞士、韩国、 土耳其、新加坡等都有超声电机产品进入市场。美国的一些著名大学, 如Stanford、Wisconsin、Berkeley、Penn. State等都投入很多力量研究超声电机。美国国防部门也投入很多人力物力 从事超声电机的研究。美国某些公司生产的超声电机产品已经在航空航天、半导体工业、MEMS、和BioMEMS等领域先后得到应用。 中国的产业化进程相对缓慢。我国超声波电动机的研究是从80 年代末、90 年代初开 始的，大致经历了跟踪学习、自主开发、实际应用推广3个发展时期。1985年到1991年间，国内学者开始撰写文章介绍超声波电动机[5，6]，1989 年清华大学和上海大学分别研究开 发出了压电蠕动型超声波致动器，哈尔滨船舶工程学院研制了环形超声电机[7,8]，1993年