中空环形行波超声波电机有限元接触模型

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动及其与转子的接触状态，比较了空载和堵转情况下定转子接触表面质点的法向和切向运动及定转子接触压力分布．空载和堵转时接触压力分布有明显不同，表明负载转矩对接触压力分布有影
响．用实验数据对提出的理论模型进行了验证，理论分析结果与实验数据基本吻合．最后，对电机转子结构提出了改进方法，理论分析表明，采用改进后的转子，电机的转矩一转速特性有了明显改善．关键词：超声波电机；中空环形；接触模型；有限元法
ａｒｅｏｂｔｍｎｅｄ．Ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｔｏｒａｎｄｔｈｅｒｏｔｏｒａｓｗｅｌｌａｓｈｅｔｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｈｅｔｃｏｎｔａｃｔｓｕｒ — ｆａｃｅａｒｅｃｏｍｐｒｅａｄｗｈｅｎｔｈｅｒｏｔｏｒｉｓａｐｐｌｉｅｄｗｉｈｔｔＯｌｏａｄｔｏｒｑＨｅｎｄａｓｔａｌｌｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅ
ＶＯ１．４４ＮＯ．１Ｊａｎ．２０１４
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１— ０５０５．２０１４．０１．０１８
中空环形行波超声波电机有限元接触模型
蒋春容。胡敏强金龙徐志科
（ ’ 东南大学电气工程学院，南京２１００９６）（京工程学院电力工程学院，南京２１１１６７）
摘要：采用有限元法建立了佳能镜头上使用的中空环形行波超声波电机定转子接触模型．通过建立定转子有限元接触模型并在定子中性面上施加行波运动，得到定子齿表面质点的斜椭圆运
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｆｏｃｕｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｔｏｓｔｕｄｙｈｅｔｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｏｆａｈｏｌｌｏｗｉｎｒｇｔｙｐｅｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒｕｓｅｄｉｎｔｈｅＣａｎｏｎａｕｔｏ．ｆｏｃｕｓｌｅｎｓｗｉｈｔｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｒｓｔ．ｔｈｅｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｉＳｂｕｉｌｔａｎｄｔｈｅｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅｍｏｔｉｏｎｉＳａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｎｅｕｔｒａｌｐｌａｎｅｏｆｈｅｔｓｔａ — ｔｏｒ．Ｔｈｅｓｌｏｐｉｎｇｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｍｏｔｉｏｎｏｆｈｅｔｓｔａｔｏｒｓｕｒｆａｃｅａｎｄｈｅｔｃｏｎｔａｃｔｓｔａｔｕｓｏｆｈｅｔｓｔａｔｏｒａｎｄｈｅｔｒｏｔｏｒ
中图分类号：ＴＭ３５６文献标志码：Ａ文章编号：１００１— ０５０５（２０１４）０１－０９９４３５
Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌ
ｏｆａｈｏｌｌｏｗｒｉｎｇｔｙｐｅｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒ
第４４卷第１期２０１４年１月
东南大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
ＪｉａｎｇＣｈｕｎｒｏｎｇ ‘ ＨｕＭｉｎｑｉａｎｇＪｉｎＬｏｎｇＸｕＺｈｉｋｅ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１６７，Ｃｈｉｎａ）

行波型杆式超声电机的动力学分析与性能仿真

行波型杆式超声电机（以下简称杆式电机）利用了
主要由定子、子、体等组成。定子的下配重块、转壳上
压电陶瓷的纵向振动模式，具有较高的机电转换效率。１８９９年，日本学者Ｋｒａａ提出了第一台杆式电ｕｏｗｓ机Ｊ因为其结构简单，工方便且不涉及陶瓷片的。加
１杆式电机的结构
本文研制的杆式电机基本结构如图１所示。电机
基金项目：国家自然科学基金资助项目（编号：００００，０００２９４５１１６４３）收稿日期：２００７—００修改稿收到日期：０７—０７— ５２０８—讲１８年８９月生
图１杆式电机的结构
图２定子的结构形式和相应的结构参数
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振动与冲击
２００８年第２７卷
Ｄ＝ｅ＋ｅＳＥ（８）
示。采用八节点六面体等参单元，将整个定子划分为２４个体单元，６共有４８个节点，２０１４个自由度。取定２子内圆母线方向上编号为ｌ～１１的一组节点在Ｙ方向的位移值构成弯曲振动的振型，描述定子在该平面来内的弯曲振动。
２定子的动力学分析
２１定子机电耦合模型．
考虑到解析法或者半解析法都只能求解假设振型对应的特定模态，里用有限元方法来建立杆式电机这定子的机电耦合模型。有限元方法对不同结构的适用

超声波电机的原理与应用

超声波电机的原理与应用周传运超声波电机(Ultrasonic Motor ,USM )是国外近20年发展起来的一种新型电机。

事实上,在超声波电机问世之前,已有以压电效应驱动的电机,但其频率并不局限于超声波范围。

早在1948年,威廉和布朗就申请了“压电马达”的美国专利;1964年,前苏联基辅理工学院设计了第一个压电旋转电机;1970～1972年,西门子公司和松下公司发明了压电步进电机,不过因无法达到较大的输出转矩而没能实际应用。

1980年,日本的指田年生研制成超声波压电电动机(即现代意义上的超声波电动机),克服了传统压电电动机转换效率低和变位微小的缺陷,使压电电动机进入工业实用阶段。

一、超声波电机的原理和结构超声波电机的原理　超声波电机利用压电材料的逆压电效应①产生超声波振动,把电能转换为弹性体的超声波振动,并把这种振动通过摩擦传动的方式驱使运动体回转或直线运动。

磁极和绕组,它一般由振动体②和移动体③组成,为了减少振动体和移动体之间相对运动产生的磨损,通常在二者间加一层摩擦材料。

当在振动体的压电陶瓷(PZT )上施加20KHz 以上超声波频率的交流电压时,赫的超声波振动,使振动体表面起驱动作用的质点形成一定运动轨迹的超声波频率的微观振动(振幅一般为数微米),如椭圆、李萨如轨迹等,该微观振动通过振动体和移动体之间的摩擦作用使移动体沿某一方向做连续宏观运动。

因此,超声波电机是将弹性材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。

根据这一思想,日、德等国近几年相继研发出多种超声波电机,如环形行波USM 、步进USM 、多自由度USM 等,且行波型USM 已有较成熟的设计。

下面以行波型USM 的旋转说明其工作原理。

行波型USM 要旋转,需具备两个条件:与转子相接触的定子表面质点须做椭圆运动,定子、转子之间的接触面须有摩擦力。

图1中的弹性体为定子,其上部为转子,定子、转子间夹一层摩擦材料。

二自由度行波型超声波电机定子的数学模型与实验研究

径为３０ｍｍ，实现的堵转力矩为１２０ｍＮｍ，空转转速１２ｒ／ａｒｉｎ。该工作为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提
高奠定了基础。关键词：行波型超声波电机；二自由度；球电机；运行机理；结构设计
ｔｕｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆａｄｊｕｓｔｉｎｇｒａｋｅａｎｇｌｅｓｏｎｉｔｓｏｕｔｅｒｅｄｇｅｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｔａｔｏｒｗａｓｂｕｉｌｔｆｏｒ
动机理和基本结构出发，就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构进行了分析，利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析和共振频率计算，提出了外缘大倾角内缘线接触的行波定子。然后建立定子的接触模型，对其机械性能进行分析。测试结果表明，修正的数学模型更加符合电机的实际运行特性。所研制样机的球转子直径为４５ｍｍ，定子直
振
第３２卷第１４期
动
与
冲
击
Ｖ０ｌ＿３２Ｎｏ．１４２０１３
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨ０ＣＫ
二自由度行波型超声波电机定子的数学模型与实验研究
傅平，沈润杰。，帅光举，郭吉丰，胡锡幸
ＦＪｐ
，ＳＨＥＮＲｕｎ－ｉｆｅ。，ＳＨＵＡＩＧｕａｎｇ－ｊｕ，ＧＵＯＪｉ－ｆｅｎｇ，ＨＵ一ｘｉｎｇ

超声波电机应用领域拓展探讨

１序言
断路器、焊接工具的定位系统等。
超声波电机（ｔａｏｉＭｏｏ，Ｕｌｓｎｃｔｒ简称ＵＳｒＭ）８年代初研制成功的，是Ｏ一经问世就因为它特殊的工作原理及优越的工作性能引起电机界乃至声学界的极大关注。超声波电机是一种将压电振子在超声域的振动能转换成机械能的电动机。传统的电机是靠电磁力旋转的，而超声波电机则应用压电元件产生的振动驱动移动体转动。由于超声波电机特殊的工作原理，它具有很多传统电磁电机无法比拟的优越性能，如低速大转矩、体积小、重量轻、功率密度大、响应速度快、微位移、不受电磁场的影响、掉电自保护、设计自由度大等。超声波电机一般由定子和转子组成，当定子被压电体以超声频率激励，和定子压在一起的转子因为受摩擦力被迫移动。
摘要：超声波电机是一种将压电振予在超声域的振动能转换成机械能的电动机。传统的电机是靠电磁力旋转的，而超声波电机则应用压电元件产生的振动驱动移动体转动。本文主要探讨超声波电机的发展历史及其应用，明确指出了超声波电机的发展方向。并关键词：超声波电机应用领域拓展文章编号：６２７１２０）１ａ一００２１７３９（０６１（）０２０中图分类号：Ｍ５Ｔ文献标识码：Ａ
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业Ｑ：
ＳｌＯＥ＆ＴＯＥＮＥＣＨＮＯＩＯ０ＹＮＩＦＯＲＭＡＩ电机应用领域拓展探讨

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02 1D有限元分析模型简介-3D梁的应力及挠度分析PPT课件

页数:13
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤[1]

页数:11
机械零件有限元分析实体模型的建立

页数:3
有限元分析报告样本

页数:12
第2章UG NX有限元分析入门-专题实例

页数:57
有限元分析模型

页数:4
有限元建模

页数:36
有限元分析步骤

页数:13
ANSYS有限元分析与实体建模

页数:68
界面内聚力模型及有限元法

页数:20
第9章有限元建模方法

页数:31
7.有限元分析建模及若干问题

页数:45

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超声波电机的原理与应用

二自由度行波型超声波电机定子的数学模型与实验研究

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