📦 液体媒质超声波电机的理论解析与特性分析 - 免费下载

超声波电机(UltrasonicMotor)不同于传统的电磁式电机，它是利用压电陶瓷的逆压电效应，将超声振动作为动力源的一种新型电机。近二十年来，由于大功率压电陶瓷材料研究的突破，在全世界掀起了超声波电机研究的高潮，相继开发出多种型式的超声波电机。本文介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机，其转子浸于液体之中，不与定子直接接触，在压电陶瓷环上施加正弦交变电压信号激励定子产生超声振动，振动所产生的能量通过液体传递给转子，从而驱动转子旋转。该电机有效地克服了接触型超声波电机不能长时间运行、使用寿命短等缺点，是超声波电机领域的一个新的研究方向。 首先，本文介绍了液体媒质超声波电机的基本结构及运行机理，阐述了电机的运行过程：在压电陶瓷环上通以四路相位互差90°的正弦交变电压信号后，由于逆压电效应定子会产生超声频域的振动，然后将振动所产生的能量通过液体传递给转子，从而驱动转子旋转。揭示了液体媒质中的雷诺切应力是电机声流场的驱动力。 其次，运用相关理论分析了定子压电振动的产生及行波的合成原理、液体中质点和声场的运动规律；对液体声流场做出了系统的理论解析，并建立了数学模型；将声流场同电机转速联系起来，对电机转速同定子超声振动、液体声流场、转子半径等因素的关系进行了分析。 然后，在系统理论分析的基础上，结合液体媒质超声波电机能量传递过程的特点，本文分别对定子振动、声流场特性、电机转速特性及驱动频率、驱动电压、液体媒质、转子半径等因素对电机运行特性的影响进行了Matlab仿真。仿真结果表明：当电源驱动频率等于定子谐振频率，转子半径在由零到声流速率取最大值的半径范围内取值时，电机转速在一定范围内随转子半径的增大而增大，随驱动电压的升高而升高，同时近似地与液体的粘性系数成反比。 最后，在理论解析与Matlab仿真的基础上，本文用实验验证了电机的基本运行特性，测定了电机转速与驱动频率、驱动电压、液体媒质、液面高度、液体粘性系数和转子半径等因素的关系。将实验与仿真结果进行比较分析，结果表明仿真结果与实验结果具有很好的一致性，验证了本文假设的合理性，同时验证了仿真方法的正确性。结合前文的理论解析与实验结果，考虑基本假设，本文针对定子内壁的粗糙程度、转子重量、转子表面的粗糙度、液面高度、液体粘度、驱动控制系统的稳定性等因素对电机的运行特性进行了深入的分析与讨论。

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