液體媒質(zhì)超聲波電機的理論解析與特性分析.pdf

1、超聲波電機(UltrasonicMotor)不同于傳統(tǒng)的電磁式電機，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應，將超聲振動作為動力源的一種新型電機。近二十年來，由于大功率壓電陶瓷材料研究的突破，在全世界掀起了超聲波電機研究的高潮，相繼開發(fā)出多種型式的超聲波電機。本文介紹了一種基于液體媒質(zhì)的非接觸型超聲波電機，其轉子浸于液體之中，不與定子直接接觸，在壓電陶瓷環(huán)上施加正弦交變電壓信號激勵定子產(chǎn)生超聲振動，振動所產(chǎn)生的能量通過液體傳遞給轉子，從而驅動轉子旋

2、轉。該電機有效地克服了接觸型超聲波電機不能長時間運行、使用壽命短等缺點，是超聲波電機領域的一個新的研究方向。 首先，本文介紹了液體媒質(zhì)超聲波電機的基本結構及運行機理，闡述了電機的運行過程：在壓電陶瓷環(huán)上通以四路相位互差90°的正弦交變電壓信號后，由于逆壓電效應定子會產(chǎn)生超聲頻域的振動，然后將振動所產(chǎn)生的能量通過液體傳遞給轉子，從而驅動轉子旋轉。揭示了液體媒質(zhì)中的雷諾切應力是電機聲流場的驅動力。 其次，運用相關理論分析了定

3、子壓電振動的產(chǎn)生及行波的合成原理、液體中質(zhì)點和聲場的運動規(guī)律；對液體聲流場做出了系統(tǒng)的理論解析，并建立了數(shù)學模型；將聲流場同電機轉速聯(lián)系起來，對電機轉速同定子超聲振動、液體聲流場、轉子半徑等因素的關系進行了分析。 然后，在系統(tǒng)理論分析的基礎上，結合液體媒質(zhì)超聲波電機能量傳遞過程的特點，本文分別對定子振動、聲流場特性、電機轉速特性及驅動頻率、驅動電壓、液體媒質(zhì)、轉子半徑等因素對電機運行特性的影響進行了Matlab仿真。仿真結果表明

4、：當電源驅動頻率等于定子諧振頻率，轉子半徑在由零到聲流速率取最大值的半徑范圍內(nèi)取值時，電機轉速在一定范圍內(nèi)隨轉子半徑的增大而增大，隨驅動電壓的升高而升高，同時近似地與液體的粘性系數(shù)成反比。 最后，在理論解析與Matlab仿真的基礎上，本文用實驗驗證了電機的基本運行特性，測定了電機轉速與驅動頻率、驅動電壓、液體媒質(zhì)、液面高度、液體粘性系數(shù)和轉子半徑等因素的關系。將實驗與仿真結果進行比較分析，結果表明仿真結果與實驗結果具有很好的一致