基于有效橢圓運(yùn)動(dòng)及結(jié)構(gòu)力系數(shù)行波型超聲電機(jī)研究.pdf

1、超聲電機(jī)因具有傳統(tǒng)電磁電機(jī)所無(wú)法擁有的一些優(yōu)點(diǎn)而在某些驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域有著特別的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)這種電機(jī)進(jìn)行了大量研究，特別是對(duì)行波型超聲電機(jī)。這些研究多集中于:基于行波型電機(jī)基本驅(qū)動(dòng)原理開(kāi)發(fā)新型行波型超聲電機(jī);或者從電路、材料等方面分析電機(jī)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(xué)研究基金資助下，深入研究行波型超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理，并基于驅(qū)動(dòng)原理研究超聲電機(jī)輸出特性，在此研究結(jié)果基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)兩種新型行波型超聲電機(jī)，

2、以驗(yàn)證理論分析的結(jié)果與結(jié)論。
　　基于波動(dòng)與振動(dòng)理論研究彈性體內(nèi)行波的產(chǎn)生與特點(diǎn)。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(jī)理及激發(fā)條件。結(jié)果表明:蘭姆波與梁彎曲行波是兩個(gè)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(lì)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(diǎn)按橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡特點(diǎn)直接影響電機(jī)輸出特性。論文從理論上研究超聲電機(jī)

3、定子表面質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡特點(diǎn)，將定子質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)分解為有效橢圓運(yùn)動(dòng)和徑向直線運(yùn)動(dòng)。其中，有效橢圓運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，而直線運(yùn)動(dòng)使定、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生能量損耗。這個(gè)結(jié)論是后面Hula-hoop型超聲電機(jī)的研究設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。
　　由于超聲電機(jī)是一個(gè)機(jī)電耦合系統(tǒng)，論文從機(jī)電轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損耗著手，從能量角度研究超聲電機(jī)效率問(wèn)題。通過(guò)對(duì)壓電振子系統(tǒng)方程的推導(dǎo)，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(jī)能量損耗直接相關(guān)，從而影響超聲電機(jī)效率。采用仿真手段，驗(yàn)證了環(huán)形和圓柱體行波型超聲電機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)力系數(shù)的影響。結(jié)果表明，通過(guò)改變定子的結(jié)構(gòu)力系數(shù)，可以提高電機(jī)的效率。
　　以上研究結(jié)果與結(jié)論可以應(yīng)用于行波型超聲電機(jī)的研究設(shè)計(jì)中。論文基于模態(tài)疊加法產(chǎn)生行波的原理，改進(jìn)蘭姆波彈簧定子超聲電機(jī)，設(shè)計(jì)了新型的彈簧定子行波超聲電機(jī);根據(jù)定子質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)分解原理，設(shè)計(jì)采用中點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的Hula-hoop行波型超聲電機(jī)，并基于結(jié)構(gòu)力系數(shù)法