U形直线超声电机结构设计
直线驻波型超声电机的接触分析和堵转推力模型
Ｏ 引 言
依 据驱 动 原 理 不 同 ，超 声 电 机 可 分 为 行 波 型 和驻 波行 两 大 类 。就 目前 来 看 ，有 关 超 声 电机 负
面 问的速 度 差 ，产 生 摩 擦 力 推 动 电机 转 子 （ 子 ） 动
运动。
设 纵振 振 幅 为 ａ ；弯 振 振 幅 为 ｂ ，则 纵 振 振 型
横 向弯 曲振 动位 移 函数 为 ：
Ｙ＝Ｕ ｓ （ ｔ 卢） ｗｉ ｔ ＋ ｎｏ 从式（ ） ２ ，式 （ ） 消去 时间参 数可 得 ： ３中
一
许 海 ，李 志荣
２ ５０ ） １ １４ （ 州市职业 大学 机电工程系 ， 苏 苏州
摘 要 ：摩擦界面对超声 电机 的性能有至关 重要 的影响。文章针 对一种基于 面 内振 动 的直线驻波超声 电机 ，结合 电机 的工作振型，对电机 的定 、转子 的接触过程进行 了详 尽 的论 述 ，建 立 了堵 转情况下 的 最大输 出力模型 ；并进行 了仿真研 究。通过仿真可 以得 出超声 电机 的堵 转推力 受定、转装 配 间隙的影 响最大。在 电机 已完成制造 的情况 下。如要得到较大的堵 转推力 ，可适 当调整定 转子 的装配 间隙。 关 键 词 ：超 声 电机 ；摩擦 界 面 ；仿 真模 型
Ａｂｓｒ ｔ：Ｔｈ ｒｃｉｎ ｌ ｎ ｅｆ ｃ ａ ｐ ｏ ｎ ｎ ｎ ｌ ｅ ｃ ｔ ｈ ｐ ｏ ｅ ｔ ｏ ｉ ｅ ｒ ｌ ａ ｏ ｉ ｍｏｏ ． ｔａｃ ｅ ｆｉｔｏ ａ ｉ ｔｒａ ｅ ｈ ｓ ｒ ｍｉ ｅ ｔ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒｙ ｆ ｌｎ ａ ｕ ｔ ｓ ｎ ｃ ｒ ｔｒ Ｔｈｓ ｐ ｐｅ ａ ｅ ｕｌ ｔ ｄ ｅ ｈｅ ｐｒ ｃ ｓ ｆ ｃ ｎ ａ ｔ ｏ ｏｔ ｏ ｉ ｒ ｕ ｔａ ｏ ｃ ｉ ａ ｒ ｃ ｒ ｆ ｌ ｓｕ ｉ ｄ ｔ ｏ ｅ ｓ ｏ ｏ ｔ ｃ ｆ ａ ｓ ｒ ｆ ｌ ｙ ｎｅ ｌｒ ｓ ｎｉ ｍｏｏ ， ｂ ｎ ｙ ｅ ｈｅ ｔｒ ｙ ａ ａ ｓｄ ｔ ｌ ｍｅ ｈａ ｉｍ ｆｍｏｉ ａｉｎ． Ｂｕｉ ｈ ｔｌ—ｈ ｕ ｔｍｏ ｌｏ ｉ ｅ ｒ ｕ ｔａ ｏ ｉ ｔｒ ａ ｄ ｓｍｕ ａｅ ｈ ｄ ． ｃ ｎ ｓ ｏ ｔｖ ｔｏ ｌ ｔｅ ｓａｌｔ ｒ ｓ ｄｅ ｆｌｎ ａ ｌ ｓ ｎ ｃ ｍｏ ｏ ． ｎ ｉ ｌ ｔｄ ｔ ｅ ｍｏ ｄ ｒ
双足型直线超声电机的原理分析及结构设计
双足 型直线超 声 电机 的原理 分析及 结 构设计 六
许 海 （ 州市职 业大 学 机 电工程 系 。 州 ２５ ０ ） 苏 苏 １ １４
Ｔｈ ｏ ｂｅ ｆ ｏ ｓｌ ｅ ｌ ａ ｏ ｉ ｍｏ ｏ ｅ ｒ ｆ ｐ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｅ ｄ ｕ ｌ ｔ ｎ ｒ ｔ ｓ ｎｃ ｏ ｉ ｕ ｒ ｔ ｒ ｔ ｏ ｙｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｔｕ ｔ ｒ Ｓ ｈ ｏ ｏ
线运动推力可直接产生 、 响应 快 、 位置 分辨率高 、 断 电自锁等 有
及开发新型电机都具有特别重要的意义Ｉ Ｉ 。
来稿 日期：０ ６ ０ — ７ 基金项 目： ２ ０ — ９ ２ 国家 自然科学基金资助项 目（ 目 项 编号 ：０ ７ ０ ０ ５ １５ ５ ）
＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 件 件 ＊ ＊ ＊ ＊ ｃ ＊ ｝ ＊ ＊ ｝ ＊ ： 书 ＊ ｃ ＊ ｝ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 格 ＊ ＊ Ｉ－ ＊ ＇ ｌ ， ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＩＩ －
Ｘ ａ Ｍ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｌｃｒｎｃＥ ｇｎ ｅｉｇＤ ｐ ｒ ｅ ｔＳ ｚｏ ｏ ａ ｏ ａ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｓ ｚｏ １ ４ Ｃ ｉａ Ｕ Ｈ ｉ（ ｅ ｈ ｎｃ ｄＥｅ ｔ ｉ ｎ ｉｅｒ ｅａｔ ｎ， ｕ ｈｕｖｃｔ ｎ ｌ ｎｖｒｉ ， ｕｈ ｕ２ ５ ０ ， ｈｎ） ａａ ｏ ｎ ｍ ｉ ｔ １
的基本工作原理是利用压电陶瓷 的逆压电效应激 发弹性体产生
超声 振动来实现 电能向机械能的转换 ， 并通过定 、 转子之 间的摩 擦界面完成动力输 出。直线型超声 电机具有功率， 比大 、 重量 直
超声电机发展的主流 。简单实用而又符合实际需求 的基于薄板
u型无铁芯直线电机结构设计和电磁场仿真优化
U型无铁芯直线电机是一种新型的直线电机结构，由于它没有铁芯，因此具有较高的功率密度和较低的惯性。
U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化是其研究和应用的重要方面。
本文将从以下几个方面对U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化进行探讨。
1. U型无铁芯直线电机的结构设计U型无铁芯直线电机的结构设计包括定子、滑块、导轨等部分。
在定子方面，需要考虑绕组的布置、绕组的参数选择、绕组的绝缘等问题。
滑块的设计需要考虑其材料、表面处理、导向方式等因素。
导轨的设计则需要考虑其刚度、平整度、表面硬度等方面。
在结构设计过程中，需要充分考虑U型无铁芯直线电机的整体性能和稳定性，尽可能减小机械振动和噪声，提高运行精度和可靠性。
2. U型无铁芯直线电机的电磁场仿真优化电磁场仿真是U型无铁芯直线电机设计和优化的重要工具。
通过电磁场仿真，可以分析磁场分布、磁通密度、电磁力等参数，从而优化绕组的布置、绕组的参数、磁路的设计等方面。
电磁场仿真还可以帮助分析电机的热场分布，从而优化散热结构，提高电机的工作效率和稳定性。
电磁场仿真还可以分析电机的电磁噪声，帮助减小电机的噪声水平，提高其工作环境的舒适性。
3. 结构设计与电磁场仿真的协同优化U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真是相互关联、相互影响的。
在结构设计阶段，应充分考虑电磁场仿真的需求，为仿真分析提供准确的几何模型和材料参数；在电磁场仿真阶段，应结合结构设计的要求，对仿真结果进行综合分析和优化设计。
通过结构设计与电磁场仿真的协同优化，可以有效提高U型无铁芯直线电机的性能指标，优化其结构和工作参数，提高其整体竞争力和市场应用前景。
U型无铁芯直线电机的结构设计和电磁场仿真优化是其研究和应用的重要方面。
本文从结构设计、电磁场仿真和协同优化等方面进行了探讨，希望对相关领域的研究人员和工程师有所启发和帮助。
在未来的工作中，还可以进一步扩展研究内容，探索更多创新性的方法和技术，推动U型无铁芯直线电机的发展和应用。
低压驱动Ⅴ形直线超声电机的设计
第29卷第1期2021年1月Vol.29No.1Jan.2021光学精密工程Optics and Precision Engineering低压驱动V形直线超声电机的设计黄卫清，杨成龙，沈兆琛，薛昊东，安大伟*（广州大学机械与电气工程学院，广东广州510006）摘要：针对传统V形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂，在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题，提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压V形直线超声电机。
在对V形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上，设计了基于叠层压电陶瓷的V形振子并进行了夹持装置的结构设计，进一步制作样机并开展了阻抗实验，测试了样机的外输出特性。
实验结果表明：电机的驱动频率位于36~38kHz，在37kHz，50Vpp的驱动电压激励下，其最大输出力为25.8N，最高空载速度为1.221m/s，可在低压驱动下输出大推力，直线超声电机的驱动性能得到了提高。
关键词：超声电机；直线电机；V形结构；低压驱动；振子设计中图分类号：TM359.4文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20212901.0091Design of V-shaped linear ultrasonic motor driven with low-voltage HUANG Wei-qing，YANG Cheng-long，SHEN Zhao-chen，XUE Hao-dong，AN Da-wei*（School of Mechanical and Electrical Engineering，Guangzhou University，Guangzhou510006，China）*Corresponding author，E-mail：andavy@Abstract：To solve the problem of the high driving voltage of traditional V-shaped linear ultrasonic mo⁃tors，which results in a complex driving circuit and the disadvantage of structure miniaturization when matching with transformer driving，a low voltage driving V-shaped linear ultrasonic motor based on lami⁃nated piezoelectric ceramics was proposed.Based on the analysis of the working principle of the V-shaped linear ultrasonic motor，a V-shaped oscillator with laminated piezoelectric ceramics and a clamping device were designed.Finally，a prototype of the motor was fabricated，and the impedance and performance were measured.The experimental results show that the operating frequency of the motor is between36and38 kHz while under a driving voltage of50Vpp and37kHz，the maximum output force of the motor reaches 25.8N，and the maximum no-load velocity reaches1.221m/s.Key words：ultrasonic motor；linear motor；V-shaped structure；low voltage drive；vibrator design1引言压电直线电机具有定位和速度控制精度高、结构设计灵活，易实现装置的小型化和轻量化等特点，广泛应用于精密驱动等相关领域［1-3］。
V形直线超声电机定子的优化设计
Ｋｅ ｒ ｓＵ ｔａｏ ｉ ｍｏｏ ；ｔｔｒＦｎｔ ｅ ｎ ； ｔ ｍ ｅｉｎ ｙｗｏｄ ： ｌ ｓｎｃ ｔｒＳａｏ ；ｉｉ ｅ ｍｅ ｔｏｐｉ ｒ ｅｌ ｍｕ ｄ ｓ ｇ
｛
：
中图分类 号 ：ＨＩ 文献标 识码 ： Ｔ ６ Ａ
１电机 的结构及驱动原理
ｖ形 电机 的结 构 示意 图 ， 图 １ 示 。该 电机 由两 个 空 间垂 如 所
机理和特 点， 定子模态应满足 以下ｊ项设计要求 （ ） ： １激发一 阶
纵 向振 型 的压 电陶瓷 片 置 于 该振 型 的节平 面上 （ ） 子 驱动 端 。２定
ｄ
ｄ
＿
位置上相互垂直 ， 因此在此取其一进行研究即可。
图 ２电机定子的结构形式 和相应的结构参数
３电机定子 的优化设计
３１定子 结构 设计参 数的确定 ．
定子的结构简图和尺寸参数 ， 如图 ２所示 。 中部分尺寸参 其
汪红兵 李志荣 许 海 孙春 华 陶 亦亦 （ 州市 职业大 学 机 电工 程系 ， 苏 苏州 ２ ５０ ） １ ４ １
Ｏｐ ｉ ｍ ｅ ｉ ｎ ｏ ｓ ａ ｅ ｌ ｅ ｒｕｔ ｓ ｎ ｃ ｍｏ ｏ ｔ ｔ ｔ ｍｕ ｄ ｓｇ ｆａ Ｖ－ ｈ ｐ ｎ ａ ｌａ ｏ ｉ ｔ ｒ ａ ｏｒ ｉ ｒ ｓ
２
ｉ ｉ ｅｔｏＷ ｐｏ ｄ ｎｅ ｌ ｓｔ ｒ ｔｅｆｒｐｉｉｔｎ ａｓｅ ｔ ｅｇ ｎｐ ｎｏ ｔ ａｒ ａ ｉ ｒ ｅ． ｒｕ ， ｔｏｓｕ ｕ ｔ ｔ ｚｉ ｉ ｄｈ ｄｓｎｉ ｇ ｏｔｎｈ ｓ ｓ ｍ ｖ Ａ ｓｔ ｔ ｓ ａｒｔｃｒａｅｏ ｍ ａｏ ｓ ｆ ｅ ｉ ｔｉ
超声线结构设计
超声线结构设计下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help yousolve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts,other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!在现代医疗领域中，超声线结构设计扮演着至关重要的角色。
超声波加工机床的结构设计与动力系统优化
超声波加工机床的结构设计与动力系统优化一、引言超声波加工机床是一种利用超声波振动进行加工的先进设备。
它具有精度高、效率高、能耗低等优点，因此在现代工业中得到了广泛应用。
本文将对超声波加工机床的结构设计与动力系统进行分析与优化，旨在进一步提高其加工质量和性能。
二、超声波加工机床的结构设计1. 传动系统设计超声波加工机床的传动系统是保证加工过程中能量传递和工具运动的关键部分。
采用传动系统可以将电机的转速转换为工作台或工具的运动速度。
传动系统的设计应保证其结构紧凑、刚性良好、传动效率高和稳定性强。
2. 悬挂系统设计超声波加工机床的悬挂系统用于支撑工具和工作台，使其在超声波振动下能够稳定运动。
悬挂系统应具备足够的刚性和稳定性，能够有效抵抗振动的影响。
同时，悬挂系统还应具备一定的调节能力，以适应不同加工任务的要求。
3. 结构刚度设计超声波加工机床在加工过程中需要承受较大的力和振动。
因此，其结构刚度设计至关重要。
合理的结构刚度设计可以提高加工精度，减小振动的影响，并降低设备的故障率和维修成本。
结构刚度设计需要考虑材料的选择、结构的合理性和加工工艺等因素。
三、超声波加工机床的动力系统优化1. 电机选择与匹配超声波加工机床的电机是动力系统的核心部分，对其性能和稳定性有重要影响。
电机的选择应根据加工机床的负载要求、工作条件和精度要求等因素进行选择。
同时，电机的匹配应保证其输出扭矩和速度与机床需求相匹配，以提高加工效率和精度。
2. 控制系统设计与优化超声波加工机床的控制系统对于保证加工过程的稳定性和精度至关重要。
控制系统应具备快速响应、精准调整和稳定运行的能力。
通过优化控制算法和调整控制参数，可以进一步提高加工机床的稳定性和控制精度。
3. 能源系统优化超声波加工机床的能源系统包括供电系统和能量转换系统两部分。
供电系统应能够稳定地为机床提供所需电能，以保证其正常运行。
能量转换系统应具备高效转换能量的能力，以提高能源利用率和机床的工作效率。
超声波电动机
人耳能感知的声音频率，约为50Hz ～20kHz之范围，因此超声波为20kHz 以上频率之音波或机械振动。超声波电 动机与传统的电磁式电动机不同,它是 利用压电陶瓷的逆压电效应，将超声振 动作为动力源的一种新型电动机，其外 形如图所示。
利用电压源驱动，发生向右方向传播的进行波 (顺转)。 B相利用电压 源进行波方向为向左传播的进行波(逆转)。下图为单压电芯片型超声波 电动机等效电路图。
二、超声波电动机的特点及应用
1. 超声波电动机的特点
（1）低速大转矩、效率高。 （2）控制性能好、反应速度快。 （3）形式灵活，设计自由度大。 （4）不会产生电磁干扰。 （5）结构简单。 （6）震动小、噪音低。
2. 超声波电动机工作原理 超声波电动机的工作是在极化的压电晶体上施加超声波频率的交
流电，压电晶体随着高频电压的幅值变化而膨胀或收缩，从而在定子 弹性体内激发出超声波振动，这种振动传递给与定子紧密接触的摩擦 材料以驱动转子旋转。
2. 超声波电动机工作原理 当使用振动材质为压电陶瓷，两个电压源以适当的间隔配置。A相
一、超声波电动机的结构和工作原理
1.超声波电动机的结构 超声波电动机一般由定子（振动部分）和
转子（移动部分）两部分组成，如图所示。该 电动机中既没有线圈也没有永磁体，其定子是 由压电晶体、弹性体(或热运动器件)、电极构 成的；转子为一个金属板，转子均带有压紧用 部件，加压于压电晶体上，定子和转子在压力 作用下紧密接触。为了减少定子、转子之间相 对运动产生的磨损，通常在两者之间(在转子 上)加一层摩擦材料。
2. 超声波电动机的应用
由于超声波电动机具有电磁电动机所不具备的许多特点，尽管 它的发明与发展仅有二十多年的历史，但超声波电动机已在照相机 的自动变焦镜头、微型飞行器、电子束发生器、智能机器人、焊接 机、轿车电气控制设备、航空航天工程、医疗理分析 2. 超声波电动机的特点和应用
超声电机的隔爆壳体设计
ｐ ｉ ｃｐｅ ｏ ｔｔ ｎ ｕ ｔ ｓ ｎ ｃｍｏｏ ，ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｔ ｅｅ ｓ ｎ ｉｌ ｅ ｕ ｒｍｅ ｔ ｆ Ｂ ３ ３ ｅ ｉｓｓ ｎ ａｄ ｒ ｉｌ ｆｒ ａ ｉ ｌ ａｏ ｉ ｎ ｏ ｏ ｒ ｔｒ ｃ ｏ ｄｎ ｈ ｓｅ ｔ ｑ ｉ ｏ ａ ｒ ｅ ｎ ｓｏ ８ ６ ｓ ｒ ｔ ｄ ｒ ｓ Ｇ ｅ ａ
８
超 声 电机 的 隔爆 壳 体设 计
பைடு நூலகம்《 电气 防 爆 》 ２ １， ０ １１
超 声 电机 的 隔爆 壳 体 设 计
郭 长亮 。 曾劲松
（ 郑州 大学 机械 工程学 院 ， 河南 郑州 ４ ０ ０ ） ５ ０ １
［ 关键词］ 超声电机 ； 隔爆壳体 ； 接合面设计 ； 防爆试验 ［ 要］ 摘 本文主要根据 Ｇ ３ 系列国家防爆标准要求 ， Ｂ ８６ ３ 结合旋转型超声 电机独特 的工 作 原理 和结构 ， 设计 了具 有 隔爆 性能 的超声 电机 壳 体 。文 章 阐述 了隔 爆 型超 声 电机 壳体 的主 要接合面以及引入装置的设计 ， 并对设计的超声电机壳体制造加工出实物 ， 通过国家防爆电气 产 品质量 监督 检验 中心 检测 后 ， 检测 结果表 明本 文设 计 的 隔爆 型 超 声 电机壳 体 结 构 尺寸 和 方
成转子（ 动子） 的旋转 （ 直线 ） 运动 ， 出功率来驱 输 动负载 。 由于 其 输 出 的运 动 形 式 的多 样 化 ， 而且
具 有体 积 小 、 重量 轻 、 构 紧 凑 、 应快 、 噪声 、 结 响 低 无 电磁 干扰等 优 点 ， 够 满 足 人们 对 微 特 电机 提 能
ｔａ ｅ ｆ ｅ ｒｏ ｔ ｃｕ ｄ ｔｅ ｄ ｓｇ ｃ ｅ ｒ ｒｃｉａ ． ｈ ｔｔ ａ ｐ ｏ ｆ ｒ ｔ ｒ ａ ｅ ｉｎ ｓ ｈ ｍｅ ａｅ ｐ ａ ｔ １ ｈ ｌ ｍ ｓｕ ｅ ｎ ｈ ｃ
一种新型直线超声电动机设计
（ ．苏州职业大学 机 电工程 系 ，苏州 ２ ５ ０ ；２ １ １ １４ ．南京航 空航 天大学 超声 电机研究 中心 ，南京
摘 要 ：新型直线超声电动机采用 面 内振 动的形式，以层叠式压 电陶瓷材料作激振元件。通过 Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 有限元软件对电机 的结构尺寸进行相应计算，并对 电机装配进行 了设计。经实测，电机 的最大无负载速度可达 ｌ０ｍ ／ ，最大输 出推力 ３７Ｎ，达到 了预期 的目的。 １ ｍ ｓ ． 关键词 ：超声电动机 ；面内振动 子 所 采 用 的 ｄ 应 ，压 电效 应 效
提高了 ３ 以上 。当两个层叠式压 电陶瓷分别通 以 倍
同频且 相 位相差 ９ 。 正 弦交 流 电 ，可 有效 激 发 出 ０的 振 子 的一 阶纵 振 和二 阶 弯 振 Ｊ 。振 子 的有 限元 模
型如 图 ３ 。
该 直 线超 声 电 机 的定 子 部 分 利 用 矩 形 薄 板 的 第一 阶面 内伸缩 振 动 Ｌ 模 态 （ ｌ ） ｌ 图 ａ 和第 二 阶 面 内 弯 曲振 动 Ｂ ２模 态 （ ｌ ） 作 。这两 种模态 易 于激 图 ｂ工
ｙ
√
图 １ 直线驻波型超声 电动机两种振 型
发 ， 由于 振动 阶次低 ，振动 幅值 也较高 。通过 且 合理的结构设计使 电机定 子产生 同频 的一 阶纵振
和二 阶弯 振 ，在 定 子 表 面 合 成 相 应 的 椭 圆 运 动 ， 利用定 、动子 之 间 的 接 触 界 面 的摩 擦 作 用 ，推 动 动子作 直线 运 动 ｕ 引。为 了在 同一 驱 动频 率 下 激 励 出这两 个 面 内振 动模 态 来 实 现 电 机 的运 动 ，必 须
ｔ ｉ ｄ． ａｎｅ ＫＥＹ ＯＲＤＳ： Ｕｌ ａ ｏ ｉ ｔｒ； Ｖｉ ｒ ｔｏ ｎ ｐｌｎ Ｗ ｔ ｓ ｎ ｃ ｍｏｏ ｒ ｂ ａｉ ｎ ｉ ａ ｅ； Ｐｉｚ ｅｅ ｔ ｃ ｃ ｒ ｍｉ ｅ ｏ ｌ ｃｒ ｅ ａ ｃ； Ｄｅ ｉｎ； ＦＥＭ ｉ ｓｇ
双翼形直线超声波电动机
上海市 博士后科 研资 助计划 （ １ １ Ｒ ２ １ ４ １ ３ ４ ０ ０ ） 上海大 学创新 基金资 助项 目（ Ｓ Ｄ Ｃ Ｘ ２ ０ １ ２ ０ ２ ５ ）
致使空心 圆柱上下 、 左 右摆动的两个振动模 态工作 ， 驱动动 子旋转直线运 动。推导 质点 的运 动轨 二 耋＿ 薹卟 了电机定子驱动 ｍ 一 一 迹方程 ， 研究 了电机定 子驱动动子运 动的工作 机理。利用有限元 法进行分 析计算 ， 对定 子驱动质点 的运动轨 迹进 行 了仿真 ， 验证 了电机运 动机理分析的正确性。制作 了双翼形直线超声波电动机原理样机 ， 并 进行性能 测试， 试验 表 明电机 的工作频域范 围较 宽， 在激励 电压峰峰值为 ２ ５ ０ Ｖ时， 电机 的空载速度为 １ ５ ５ｆ ｆ ｌ ｆ ｌ ／ Ｓ ， 最大输出力为 ０ １ ０ ６ Ｎ， 是定子质量 的 １ １ ７倍 。
墼昝 皇 蜘
２ ０ １ ４ 号 箩 ４ ２ 差 莹 鞠
—
双 翼 形 直 线 超 声 波 电动 机
张健 滔 ． 李朝 东
（ 上海大学， 上海 ２ ０ ０ ０ ７ ２ ） 摘 要： 提 出一款双翼形 直线超声波电动机。电机定子为一 个带双翼 的空心 圆柱 结构 ， 其利用 双翼弯 曲振动
羞
关键词 ： 直 线超声波电动机； 工作 机理； 有限元分析； 振动模 态； 机械特性
中图分 类号： Ｔ Ｍ３ ５ ９ ． ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４ — ７ ０ １ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ０ ５ — ０ ４
基 ～ 堇 一 一 基 ～ 蠢 一
H形直线超声电机振子的结构分析及模态优化
H形直线超声电机振子的结构分析及模态优化张健; 王笑竹; 何勍; 周港; 刘红光【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)025【总页数】8页(P183-190)【关键词】直线超声电机; H; 形压电振子; 有限元分析; 复合模态; 优化设计【作者】张健; 王笑竹; 何勍; 周港; 刘红光【作者单位】营口理工学院电气工程系营口 115014; 辽宁工业大学机械工程与自动化学院锦州121001【正文语种】中文【中图分类】TM359.9直线超声电机是一种利用压电陶瓷逆压电效应和弹性体超声振动的新型作动器，通过给压电陶瓷施加交流激励电压，激发定子弹性体中特定振动模态[1,2]。
电机主要由振子和动子两部分组成，振子是其核心部件[3]。
振子的结构对电机的输出性能有重要的影响[4]。
纵弯复合型超声电机的工作原理是通过控制输入信号实现在定子上同时激励出纵向振动和弯曲振动，通过纵弯振动耦合来驱动转子运动[5]。
现提出一种H形振子结构，利用梁的纵弯复合振动模态合成驱动点椭圆运动实现双侧力的输出。
驱动齿交替拨动驱动振子做直线运动，使电机振子在整体外形尺寸不显著增大的前提下，提高其驱动能力。
复合模态直线电机需要两模态谐振频率接近，以达到用同一频率激励两工作模态同时达到共振，简化驱动电路。
因此，如何实现振子的频率差最小化设计，是振子设计中的一个重要环节。
1 样机振子的结构方案1.1 振子材料的选取H形振子是利用两侧直梁的1阶交替伸缩振动模态和3阶非对称弯曲振动模态工作的，因此有必要分析梁的3阶弯曲振动和杆的1阶伸缩振动固有频率和长度的关系。
振子作为电机的驱动源，能量转换的核心部件，其材料的选择对电机的输出性能影响很大[6]。
通常根据电机的寿命、效率、成本、应用环境等要求进行选择，同时考虑材料加工性能、膨胀系数、成本等因素[7]。
由振动理论[8]可知，梁弯曲振动固有频率与直梁长度的关系式为(1)式(1)中：fBi、λi、l、E、I、ρ分别是直梁的固有频率、特征根、长度、弹性模量、截面惯性距、直梁单位长度的质量。
超声电机的研究现状及其进展
１ 直线型超声电机的研究现状和动态
如ꎬ日本最早开发出真正达到具有商业应用价值的超声电
机ꎬ并成功引入到商业应用领域ꎬ广泛应用在相机镜头的
直线超声电机可以直接将定子的超声振动转换成动
基金项目:福建省中青年教师教育科研项目资助项目( ＪＡＴ２０１３４７)
适应月球表面环境要求ꎬ可精确地控制光谱仪等仪器ꎬ其
共振为核心驱动原理ꎬ利用压电陶瓷的逆压电效应将输入
换成转子(动子)做旋转(直线)运动ꎬ将定子的振动能转换
为转子(动子)的宏观能量输出ꎬ实现对负载驱动[１－２] ꎮ
与传统电磁电机相比ꎬ超声电机具有结构简单、小型轻
量、能量密度大、响应快( 毫 秒 级)、定 位 精 度 高 ( 高 分 辨
起到很重要的支撑ꎬ可满足－１２０ ℃ ~ １８０ ℃ 的工况要求和
作用很关键ꎮ
超声电机涉及到机械、材料、控制和摩擦学等多门学
科ꎬ是微特电机和微驱动技术领域的研究热点ꎮ 因此ꎬ国
内外学者开展了大量的研究工作ꎬ成功研制了多种不同驱
率)、无电磁干扰、断电自锁、可直接驱动等诸多优点ꎬ此外ꎬ
动机理、不同结构形式的超声电机ꎮ 本文针对直线型、旋
产物ꎬ涉及振动学、摩擦学、动态设计、电力电子、自动控制、
并广泛应用在精密定位平台系列产品ꎬ具有很高的分辨率
新材料和新工艺等学科的新技术ꎬ在 ２０ 世纪得到了迅速发
公司和德国 ＰＩ 公司都开发出商业用途的直线超声电机ꎬ
和优良的启停特性ꎬ可以实现高运动精度和稳定性ꎻ我国
展ꎮ 它不像传统的电机那样利用电磁的交叉力来获得其运
和美国都将超声电机应用到航天工程ꎬ美国首先将超声电
动和力矩ꎮ 超声电机是以压电材料的逆压电效应激发定子
u型直线电机动子结构
u型直线电机动子结构（原创实用版）目录1.引言2.U 型直线电机动子的概念与结构3.U 型直线电机动子的工作原理4.U 型直线电机动子的应用领域5.结论正文【引言】随着现代工业化进程的加速，高效、节能、环保的直线电机技术在各行各业中得到了广泛的应用。
其中，U 型直线电机动子作为一种重要的直线电机类型，在许多领域发挥着关键作用。
本文将详细介绍 U 型直线电机动子的结构、工作原理以及应用领域，帮助大家更深入地了解这一技术。
【U 型直线电机动子的概念与结构】U 型直线电机动子，顾名思义，是一种呈 U 型的直线电机结构。
它主要由两部分组成：一是直线电机的定子部分，通常由软磁材料制成，用于产生磁场；二是直线电机的动子部分，主要由导电材料制成，用于在磁场作用下产生电磁力，从而实现直线运动。
【U 型直线电机动子的工作原理】U 型直线电机动子的工作原理与普通直线电机相似。
当定子部分通电后，会在定子内产生磁场。
此时，动子部分在磁场作用下会产生电磁力，从而带动动子部分在定子内进行直线运动。
通过改变定子中电流的方向和大小，可以实现对动子运动的精确控制。
【U 型直线电机动子的应用领域】U 型直线电机动子在许多领域都有着广泛的应用，包括但不限于以下几个领域：1.工业自动化：U 型直线电机动子可以用于实现各种工业自动化设备的直线运动，如自动化生产线、搬运机器人等。
2.电子设备：U 型直线电机动子在电子设备中也有广泛应用，如打印机、扫描仪等设备中的直线运动部件。
3.医疗设备：在医疗设备中，U 型直线电机动子可以用于实现手术台的垂直移动等。
4.交通运输：在交通运输领域，U 型直线电机动子可以用于实现列车、电梯等设备的直线运动。
【结论】总的来说，U 型直线电机动子作为一种高效、节能的直线电机技术，在各行各业中都有着广泛的应用。
u型直线电机动子结构
U型直线电机动子结构1. 引言U型直线电机动子结构是一种常见的电机结构，广泛应用于工业自动化、机械制造和精密仪器等领域。
本文将介绍U型直线电机动子结构的原理、构造、工作方式以及应用场景。
2. 原理U型直线电机动子结构是一种基于电磁力作用的电动机，其原理类似于传统的直线电机。
其基本原理是利用电流通过导线产生的磁场与固定磁场之间的相互作用，实现动子的直线运动。
3. 构造U型直线电机动子结构由磁场系统、动子系统和控制系统组成。
3.1 磁场系统磁场系统由永磁体和电磁线圈组成。
永磁体产生一个固定的磁场，而电磁线圈通过施加电流来产生一个可控制的磁场。
3.2 动子系统动子系统由导体、导轨和滑块组成。
导体通过电流流过，产生的电磁力与磁场系统中的磁场相互作用，从而实现直线运动。
导轨用于支撑和导向动子的运动，而滑块则连接导轨和动子，使其能够在导轨上平稳运动。
3.3 控制系统控制系统用于控制电流的大小和方向，从而控制动子的运动。
通常采用PID控制算法或者闭环控制系统来实现精确的位置和速度控制。
4. 工作方式U型直线电机动子结构的工作方式可以分为三个阶段：加速阶段、匀速阶段和减速阶段。
4.1 加速阶段在加速阶段，控制系统施加一个较大的电流，使动子受到一个较大的电磁力，从而加速运动。
4.2 匀速阶段在匀速阶段，控制系统调整电流的大小，使动子受到一个与摩擦力平衡的电磁力，从而保持匀速运动。
4.3 减速阶段在减速阶段，控制系统逐渐减小电流的大小，使动子受到一个逐渐减小的电磁力，从而减速运动直至停止。
5. 应用场景U型直线电机动子结构由于其结构简单、运动平稳、定位精度高等优点，在许多领域得到了广泛的应用。
5.1 工业自动化U型直线电机动子结构可以用于自动化生产线上的输送、定位和装配等任务，提高生产效率和精度。
5.2 机械制造U型直线电机动子结构可以应用于机床、数控机械等设备中，实现高精度的工件加工和定位。
5.3 精密仪器U型直线电机动子结构可以用于光学仪器、测量仪器等精密设备中，实现高精度的位置控制和调整。
双足型直线超声电机的结构及实验
率； —— 弯 振 初始 频率 。 ． 从 （ ） （ ） 式 中消 去时 间参 数 ｔ ３ 、４ 两 可得 Ｊ ：
一
ｃｓ／ － ／ ＝ ｉ （ －Ｏ ｏ （ Ｏ）＋ ３ ｓ ／ Ｌ ｎ ３ ）
（） ５
１ 传 动 机 理 和 电机 结构
我们所设计 的电机是基 于面 内振动 ， 通过合理 的 结构 设计 使 电机 定 子 产 生 同频 的 一 阶 纵 振 ［ １ ａ ］ 图 （ ） 和二 阶弯振 ［ １ ｂ ］ 在 电机 定 子 的侧 表 面合 成相 应 图 （） ， 的椭 圆运 动 ， 利用 定 、 （ ） 动 转 子之 间 的接 触 界 面 的摩 擦 作用 ， 动 电机定 （ ） 运动 。 推 转 子
２ ５ ０ ；２ 南京 航空航 天大学超声 电机研究 中心 ， １１４ ． 南京
摘 要 研制了 一 种新
线巡 Ｉ机， 先对其驱动机理进行探讨， Ｕ 设计电机的具体结构， 其次对定子进行频率
响应实验 ， 态实验 ， 模 实验 ， Ｉ ｔ仃效激励 …所需振 型 ， 反 向运 动灵 活 ， Ｊ Ｕ机 叮 正 电机的工作 频率 ４ ５ ｚ最 大无 负载 速 ２５０ Ｈ ；
可 以看 出当 ／ 一／ 时 ， （ ） 标 准椭 圆 方程 ： ３ Ｏ＝ 式 ５为
Ａ
ｖ２ １２ ， ＋ １
＝
（） ６
即， 当纵振 响应和弯振响应的相位差为 ９ 。 ， ０ 时 驱
动 面上 每一 点 的运 动轨 迹 为 一 椭 圆 。正 是 由于 这 个椭
圆运 动 ， 电机 定 子才 能推 动动 （ ） 产生 运 动 。 转 子
Ｘ＝ ｓ （ ＋ ｉ ） ｎ （ ３）
横 向弯 曲振 动响应 函数为 ：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
片采用粘贴 的方式 固定在定 子上 ． 研究 了电机的激振方式与位 置 ， 设计并 加工 了直 线超声 电机样 机和测试装 置． 将柔性 铰链结构应用 到直线超声 电机夹持 中． 通过实验确定 了电机 的最 佳工作频率 、 预压 力． 研究 了输 出力 和空载速度 随工作 频率 、 预压力和 电压的变化规律． 实验 表明 ， 电机在 电压值 ４０Ｖ 预压力 ２ ０ ５Ｎ条件下 ， 最大 空载速度 ４０ｍ ／ ， ７ ｍ ｓ最大输 出力 ９Ｎ， 子质量 ２ ， 定 ５ｇ 推重 比达 ３ ； ６ 柔性夹持能提 高电机的模态一致 性和效率 ， 同时 简化 了电机结构 ． 该研究 为 电机
２ｔＣ ｎ ｉ ｒ ｇｔｅｍ ｎａ ｒ ａ ｏ ｆ ｎ ａ ｌａｏｉ ｍｏ ｒ Ｌ Ｓ ， — ａｅ ｎ ａ ｌａｏ ｉ ｍ ｔ ｂ ｔ ｃ ： ｏ ｓ ｅ ｎ ｉｉ ｕ ｚｔ ｎｏ ｌ ｅｒ ｔ ｓｎｃ ｔ （ Ｕ Ｍ） ａＵ ｓ ｐ ｄｌ ｅｒ ｔ ｓｎｃ ｏｏ ｒ ｄｉ ｈ ｔｉ ｉ ａｉ ｕｒ ｏ ｈ ｉ ｕｒ ｒ
ｑ ｅ ｃ ｎ ｒ — ｒ ｓ ｕ ｅ ｗｅ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ．Ｔ ｕｔｕ ｏ ｃ ｎ ｅｏ ｉｙ ｃ ａ ｇ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｗｏ ｋ ｎ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｐ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｂ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ ｈｅ ｏ ｐ ｔｆｒ ｅ ａ ｄ ｖ ｌ ｃｔ ｈ ｎ ｅ ｔ ｈ ｒ ｉ ｇ
ｔｄ ｅ ．Ｔ ｅ ｆ ｘｂ ｅ ｈ ｎ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｓｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｌ ｅ ｒｕ ｔ ｓ ｎ ｃ ｍｏ ｏ ｒ ｐ ｒ ｈ ｔｒ ｐ ｉ ｍ ｏ ｋ ｎ ｅ ｈ ｅ ｉ ｌ ｉ ｇ ｔ ｃｕ ｅ ｗａ ｓ ｄ ｉ ｈ ｉ ａ ｌ ａ ｏ ｉ ｔｒｇ ｉ ｅ ．Ｔ ｅ ｍｏ ｏ ｇ ｏ ｔ ｌ ｒ ｎ ｒ ｐ ｍｕ ｗ ｒ ｉ ｇ ｆ — ｒ
Ｔｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｅ ｅ ａ ｄ ｈｏ ｔ ｘ ｉｅ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｗａ ｉｃ ｓ ｅ ． Ａ ｒ ｔ ｔｐ ｎ ｔ ｅ ｔｅ ｕ ｐ ｎ ｒ ａ ｒｃ — ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆｗｈ ｒ ｎ ｗ ｏ ｅ ｃ ｔ ｈ ｄ ｓ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｐ ｏｏｙ ｅ ａ ｄ ｉｓｔ ｓ ｑ ｉ ｍｅ ｔｗｅ ｅ ｆ ｂ ｉ ａ
Ｓ Ｓ ｎ ｆｉ Ｕ ｏ ｇ ｅ ，ＹＡＯ ｉｕ ｎ，ＧＥＮＧ ｎ ａ Ｚｈ ｙ ａ Ｒａ ｒ ｎ，ＹＥ Ｍｉ ｇ ｎ
（ ｔ ｅＫ ｙＬｂｒｔ ｙｏ ｃａｉｓ ｎ ｏ ｔ ｌ ｆ ｃａｉ ｌ ｔ ｃｕｅ ， ａｊ ｇＵ ｉ ｒｔ ｅ ｎｕｉ ｎ ｓ ｏａｔ ｓ Ｎ ｎｉｇ Ｓａ ｅ ａ ｏ ｏ ｆ ｔ ａ ｒ Ｍｅｈｎｃ ａｄＣ ｎｒ ｈ ｎｃ ｒ ｔｒｓ Ｎ ｎｉ ｎｖ ｓｙ ｆ ｒ ａｔ ｓ ｄＡ ｔ ｎｕｉ ， ａｊ ｏ ｏ Ｍｅ ａ Ｓｕ ｎ ｅ ｉ ｏＡ ｏ ｃａ ｒ ｃ ｎ
小 型化发展奠定基础 ． 关键 词 ： 直线超声电机 ； 结构设计 ； 夹持方法 ； 柔性铰链
ｄ ｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ １０ ７４ ．０ １５ ８ ｏ：０ ３６ ／． ｓ．０ ６— ０ ３ ２ １０ ０ ９ ｓ
网 络 出版 地 址 ：ｔ ：／ ｗ ．ｎ ｉｎｔｋｍ ／ ｅ ｉ ２ ．３ ０ Ｕ．０ ２５ ３ １ １ ． １． ｔ ｈｔ ／ ｗ ｗ ｃｋ． ｅ ｃ ｓｄｔ ｌ ３ １９ ． ２ １００ ．６ ３ ０３ ｈ ｐ ／ ａ／ ｍｌ
苏松 飞 ， 志远 ， 冉 冉 ， 明 姚 耿 叶
（ 南京航 空航 天大学 机械 结构力学及 控制 国家重点 实验室 ， 江苏 南京 ２０ １ ） １０ ６ 摘 要： 针对直线超声电机的小型化问题 ， 出一种新 型 Ｕ形直 线超声 电机 ， 电机 由 Ｕ形定子 和导轨组 成 ， 电陶瓷 提 该 压
中图分类号 ：Ｍ ５ 文献标志码 ： 文章 编号 ：０ ６７ ３ ２ １ ）３０ ５ －５ Ｔ ３６ Ａ １０ －０ （０ ２ ０ －７９０ ４
Ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ｕ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆ ａ ｌ ｅ ｒ ｕ ｔ ａ ｏ ｉ ｏ ｏ ｔ ｓ ａ ｅ ｉ ｒ ｔ ｒ ｉ ａ ｌｒ ｓ ｎ ｃ ｍ ｔ ｒ ｗｉｈ ａ Ｕ— ｈ ｐ ｄ ｖ ｂ ａ ｏ ｎ
ｆ ｑｅｃ ｒ ｕ ｎ ｙ，ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｏ ｔｇ ｒ ｔ ｄ ｅ ．Ｗ ｈ ｎ ｔｅ ｖ ｌ ｅ ｏ ｈ ｏ ｔｇ ｓ４ ０ ｐａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｎ ｈ ｒ — ｒ ｓｕ ｅ ａ ｄ ｖ ｌ ｅ ｗｅ ｅ ｓ ｉ ｄ ａ ｕ ｅ ｈ ａｕ ｆｔ ｅ ｖ ｌ ｅ ｉ ０ ＶＰ ｎ ｈ ｒ — ａ
第３ ３卷第 ６期
２１ ０２年 ６月
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
Ｖ０ ｜ ３ Ｎ ． ｌ３ ｏ ６
Ｊｕ ｎ ｌ ｆＨａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｎｖ ｒｉ ｏ ｒａ ｒ ｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｕ ｉｅｓｔ ｏ ｉ ｙ
Ｊｎ ２ １ ｕ ．０ ２
Ｕ形直 线超 声 电机 结 构 设 计