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我國超聲電機技術有了新突破

作者 Admin 瀏覽 發布時間 11/12/01

南京航空航天大學超聲電機技術國家工程實驗室王金鵬博士等,研究并提出了一種通過結構優化設計以提高超聲電機速度穩定性、可靠性的創新方法。經試驗表明,改進后的超聲電機波動率大大降低,結構更加簡單,減小了體積,減輕了重量,降低了成本,對促進超聲電機產業發展及推廣應用具有重大意義。

    超聲電機是20世紀八十年代迅速發展起來的一種全新概念的微特電機。它是振動和波動學、材料科學、電力電子、自動控制和超精加工等多個學科發展和綜合的結晶,它突破了傳統電機的概念,具有電磁兼容性好,噪聲小,可在真空和高、低溫下工作,形狀多樣化,效率不隨尺寸減小而下降。

    我國超聲電機技術產業化所需要解決的關鍵問題是:壓電材料的制備技術;超聲電機的非線性特性;超聲電機的制造技術。本項目是對制造技術方面進行研究。TRUM-60型超聲電機是行波型旋轉超聲電機,提出了單軸承支撐附加調心結構的方案。

    行波型旋轉超聲電機簡稱超聲電機(USM),是超聲電機中發展最早、技術相對最為成熟且產業化和工程應用也較為成功的一種超聲電機。因為定子振動的頻率超過20kHz,屬于超聲頻段,所以常常被稱為“超聲電機”,或者“超聲波馬達”。由于其特殊的原理和結構,超聲電機與電磁電機相比具有許多突出的特點,如:不產生磁場干擾,斷電自鎖,響應快,推力/重量比大,結構簡單,形式靈活多樣等。所以,作為控制系統的執行器有著廣泛的應用前景,已經被應用于精密定位等方面。然而,隨著高新技術的發展,應用系統對運動過程的控制精度提出了更高的要求,提高速度穩定性是超聲電機廣泛用于精密控制系統的必要條件。

    行波型超聲電機速度穩定性與定、轉子間的接觸界面密切相關。發表在《中國電機工程學報》2011年10月第29期的《行波型旋轉超聲電機速度穩定性的研究》,提出了通過結構優化設計以提高速度穩定性的一種方法。

    為了提高行波型旋轉超聲電機速度穩定性,論文分析了現有雙軸承支撐情況下,加工和裝配誤差對速度穩定性的影響,認為沿圓周壓力不均衡是造成速度波動的主要原因之一。提出了單軸承支撐附加調心結構的方案,使接觸界面實現壓力自平衡。理論和實驗分析表明,這種方案使接觸界面的壓力分布更加均勻,速度穩定性更好。與原結構進行對比實驗,結果在超聲電機輸出力矩、速度范圍等主要性能指標基本一致的情況下,超聲電機的空載速度波動率降低了約40.0%,波動范圍達到±2.0%以內。

    為了能在超聲電機產業化的大潮中占得一席之地,南京航空航天大學趙淳生院士團隊成立了自己的萬瑪超聲電機公司,為將先進的科研成果迅速轉化為生產力創建了良好的平臺。