基于有效橢圓運動及結(jié)構(gòu)力系數(shù)行波型超聲電機研究.pdf

1、超聲電機因具有傳統(tǒng)電磁電機所無法擁有的一些優(yōu)點而在某些驅(qū)動應用領(lǐng)域有著特別的優(yōu)勢，國內(nèi)外研究者對這種電機進行了大量研究，特別是對行波型超聲電機。這些研究多集中于:基于行波型電機基本驅(qū)動原理開發(fā)新型行波型超聲電機;或者從電路、材料等方面分析電機輸出性能。這種割裂式的研究方式存在一定的不足，本論文在安徽省自然科學研究基金資助下，深入研究行波型超聲電機驅(qū)動原理，并基于驅(qū)動原理研究超聲電機輸出特性，在此研究結(jié)果基礎(chǔ)上設(shè)計兩種新型行波型超聲電機，

2、以驗證理論分析的結(jié)果與結(jié)論。
　　基于波動與振動理論研究彈性體內(nèi)行波的產(chǎn)生與特點。論文采用理論分析與仿真手段，研究彈性體內(nèi)行波產(chǎn)生的機理及激發(fā)條件。結(jié)果表明:蘭姆波與梁彎曲行波是兩個不同邊界、不同屬性的行波，其中彈性梁彎曲行波是單一模式，較易激發(fā)出單一行波。在彈性梁中可以直接激勵產(chǎn)生行波，也可以采用駐波模態(tài)疊加法產(chǎn)生行波。
　　行波可以使定子上質(zhì)點按橢圓軌跡運動，橢圓運動軌跡特點直接影響電機輸出特性。論文從理論上研究超聲電機

3、定子表面質(zhì)點橢圓運動軌跡特點，將定子質(zhì)點橢圓運動分解為有效橢圓運動和徑向直線運動。其中，有效橢圓運動直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子，而直線運動使定、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對滑動而產(chǎn)生能量損耗。這個結(jié)論是后面Hula-hoop型超聲電機的研究設(shè)計的理論基礎(chǔ)。
　　由于超聲電機是一個機電耦合系統(tǒng)，論文從機電轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗著手，從能量角度研究超聲電機效率問題。通過對壓電振子系統(tǒng)方程的推導，將壓電振子力系數(shù)表示為材料力系數(shù)與結(jié)構(gòu)力系數(shù)的乘積。其中結(jié)構(gòu)力系數(shù)與超聲

4、電機能量損耗直接相關(guān)，從而影響超聲電機效率。采用仿真手段，驗證了環(huán)形和圓柱體行波型超聲電機的幾何結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)力系數(shù)的影響。結(jié)果表明，通過改變定子的結(jié)構(gòu)力系數(shù)，可以提高電機的效率。
　　以上研究結(jié)果與結(jié)論可以應用于行波型超聲電機的研究設(shè)計中。論文基于模態(tài)疊加法產(chǎn)生行波的原理，改進蘭姆波彈簧定子超聲電機，設(shè)計了新型的彈簧定子行波超聲電機;根據(jù)定子質(zhì)點橢圓運動分解原理，設(shè)計采用中點驅(qū)動的Hula-hoop行波型超聲電機，并基于結(jié)構(gòu)力系數(shù)法