超声波电机频率-温度特性研究

为了研究超声波电机运行过程中温升和频率漂移等关键技术问题,采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立了超声波电机的温度特性与驱动频率之间的关系表达式,仿真分析了驱动频率对电机温升的影响;考虑电机压电定子的转动惯量和剪切变形等因素,利用能量等效原则和铁摩辛柯梁振动理论建立了超声波电机谐振频率与温度之间的关系表达式,通过仿真研究了温度对电机谐振频率漂移的影响,并通过实验验证了仿真结果的正确性。仿真及实验结果表明:电机的谐振频率随着温度的升高呈线性降低;驱动信号频率越接近电机谐振频率,电机表面温度就越高。最后,根据研究结果提出了减小电机温升和频率漂移的措施,并通过实验验证所提出措施的有效性。     

基于能量等效的行波超声波电机数学模型研究

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁摩辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型;探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机的能量损耗.通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电机特性的解析模型.研究有助于电机设计.     

基于能量等效的行波型超声波电动机分析模型

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁木辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型,探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机能量损耗的组成,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机的输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电动机特性的解析模型.     

液体媒质超声波电机特性与饱和流速的研究

与一般超声波电机依靠定转子之间的摩擦来传递能量不同，非接触型超声波电机的定转子不直接接触，克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间工作等缺点，是超声波电机领域的一个新的研究方向。该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，定子振动所产生的能量，通过液体传递给转子，从而驱动电机旋转。文章给出了电机的结构及工作原理，并且简要介绍了电机驱动电路的实现。该文实验验证了电机的基本运行特性，测定了电机转速、驱动频率和驱动电压之间的关系。实验中发现，在一定范围内，电机中液体旋转速度随定子振动速度的增大而增大，而当电机定子圆环振动速度超过某一特定值后，电机中液体的转速出现了饱和流速现象。文章中对液体饱和流速问题进行了理论分析，证明了液体中声场的非线性是导致饱和流速的主要因素，并通过实验测出了饱和流速与液面高度、液体浓度和非线性参数之间的关系，实验结果与理论分析结果一致。     

超声波电机夹心式定子结构含损耗机电等效电路建模与分析

Langevin夹心式结构被广泛应用于超声波电机定子结构设计中,其压电振子工作于厚度方向振动模态,现有等效电路模型由于没有充分考虑压电振子固有损耗特性,因此无法实现对机械品质因数的准确评估。为此,该文首先建立压电振子含三类损耗的解耦机电等效电路模型,研究压电振子三类固有损耗对机械品质因数的影响规律;再进一步建立Langevin夹心式结构的机电等效电路模型,分析材料特性参数和结构参数对于共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数等关键性能指标的影响。最后制作Langevin夹心式结构性样机,并分别对其阻抗-频率特性和振动特性进行测试,通过实验结论证实理论模型的准确性。该研究通过揭示压电振子固有损耗对其输出特性的差异性影响规律,为设计具有高机械品质因数的振子结构,并进一步开发高性能超声波电机提供理论支撑。     

基于温度反馈的超声波电动机速度控制系统

超声波电动机运行中存在发热问题,电机温度上升会造成电机谐振频率下降,从而影响电机输出性能的稳定。传统的控制驱动手段采用固定的频率驱动电机工作,未能考虑温升对于电机频率的影响。为解决该问题,建立了基于温度反馈的超声波电动机速度控制系统。利用速度反馈方法控制电机,通过K型热电偶测量电机运行时的表面温度变化,并总结出电机温升与谐振频率变化的关系,反馈调节电机在工作中的驱动频率,从而保持了电机在温升过程中输出速度的稳定。     

超声波电动机摩擦界面的接触情况研究及优化

超声波电动机的平均有效输出效率主要由定转子的摩擦界面和定子(主要是弹性体)的结构决定。超声波电动机的定转子直接接触,靠摩擦驱动,电机必然存在着很大的能量损耗。随着摩擦使电机发热,且温度越来越高,导致电机的有效输出功率越来越小。当超声波电动机达到热平衡后,其有效输出功率亦达到平衡。所以,摩擦界面的匹配情况对电机的效率起着决定性作用,必须通过研究摩擦界面的微观接触状态来改善超声波电动机性能。为提高超声波电动机的有效输出功率。以超声波电动机摩擦界面的接触情况为研究对象,通过有限元分析对接触界面的微观情况进行研究及分析,对其结构的不合理性进行结构优化,然后将前后两种结构的超声波电动机进行试验比对,体现了该结构优化的必然性和必须性。     

一种矩形板四足驱动旋转超声波电机的设计与仿真

为了拓展超声波电机的应用领域,提出了一种贴片式超声波电机。该电机利用压电陶瓷片d_(31)横向振动模态激励矩形板产生变形,激发四个驱动足端面产生椭圆轨迹运动经摩擦耦合推动转子连续旋转。对定子组件的结构进行了优化设计,之后利用有限元法进行模态分析,提取到所需的谐振频率为22.244kHz,输入两相20V_(p-p)激励电压后得到了定子驱动足端面的椭圆运动轨迹。研究表明,提出的超声波电机驱动足采用摩擦面,相比于以往仅靠点摩擦驱动转子的超声波电机增加了定、转子之间的接触面积,提高了能量转换效率;同时贴片式结构为超声波电机的小型化提供了理论基础。     

微型超声波电机接触界面的摩擦学模型与摩擦材料

微型超声波电机接触界面的摩擦驱动机理和摩擦材料特性直接影响微型超声波电机的机电耦合效应，使用寿命和工作性能，文章结合研制的各向异性复合材料型超声波直线微电机，重点分析了微型超声波电机接触界面的摩擦学模型，讨论了微型超声电机研究和设计中摩擦材料的特性、选择和寿命预测。     

液体媒质超声波电机运行特性的实验研究与分析

该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，有效地克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间连续工作等缺点，是超声波电机领域的一个新的研究方向。结合液体媒质超声波电机的基本结构及运行机理，文中阐述了电机运行过程中将超声振动所产生的能量通过液体传递给转子，从而驱动转子旋转这一能量传递的基本过程，揭示了液体中的雷诺剪切应力是电机声流场的驱动力。然后，用实验测定了电机转速与驱动频率、驱动电压、液体粘性、液位高度和转子半径之间的关系。并对实验结果进行了比较分析，且在此基础上结合本电机的运行机理以及驱动控制系统、液体环境和转子半径等因素对电机转速的影响，对液体媒质超声波电机的运行条件进行了优化分析。     

行波超声电动机定子性能的有限元仿真

利用ANSYS软件 ,基于旋转型行波超声电动机 ,建立了圆盘形定子 (包括压电体和弹性体 )有限元模型 ,考虑压电效应 ,探讨了不同压电陶瓷对超声电动机定子性能的影响 ,给出了定子振动模态、谐振频率、定子表面质点运动轨迹与压电陶瓷的材料特性间的关系 ,仿真与试验数据吻合良好 ,有限元分析结果为超声电动机定子的优化设计提供了理论依据     

大型同步发电机定子主绝缘结构优化热性能分析

大型同步发电机的绝缘减薄问题是对发电机进行研究的一个重要方面,本文着重研究了由于主绝缘的减薄所导致的股线涡流损耗的变化;采用有限体积法对定子径向沟内的流体场进行了数值计算,得出径向通风沟内不同位置处的流体速度,并由此计算出表面散热系数.此外建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型,采用有限元法对定子三维温度场进行了数值计算,将求解结果和试验值进行了比较.最终讨论了由于绝缘减薄对发电机定子三维温度场造成的影响.     

铁耗和环流损耗分布对定子温度场及 绝缘外表面散热系数计算的影响

以150 MW空冷汽轮发电机为例,建立电机二维电磁场数学模型,利用有限元方法对电机定子基本铁耗及其分布进行计算与分析,在此基础上对定子温度场进行计算,并与传统方法铁耗均匀分布情况下的温度场进行比较,给出了铁耗分布对定子温度场的影响;研究了计及每根股线的环流损耗与环流损耗平均分布2种方案下的定子温度场。在考虑上述基本铁耗和环流损耗的基础上,提出基于傅里叶导热定律和牛顿放热定律的通风沟内主绝缘外表面散热系数计算新方法,为电机与电器的表面散热系数计算提供了新思路。     

零机械能输出感应电机

传统电机是机-电能量转换,损耗与温升是电机设计时需要削弱和避免的问题。该文从传统电机损耗与温升出发,提出了用于加热的零机械能输出感应电机。利用绕组所产生的径向磁场在实心结构的定子和转子铁心中感应产生涡流,将输入的电能全部转化为热能,具有定子、转子双边加热的特点。其独特的双边加热效果可解决挤塑类设备旋转螺杆加热瓶颈问题。建立了系统等效模型,给出了电磁功率解析表达式,采用有限元法分析了系统涡流分布与铁心端部效应。对样机进行加热实验,结果证明该种电机与传统线圈缠绕式电磁加热相比,具有节能高效、预热时间短、径向温差小等优点。     

高速永磁屏蔽电机损耗分析与温升研究

损耗是影响电机效率和发热的重要因素,定子屏蔽护套作为高速永磁屏蔽电机损耗的主要来源,合理的设计是保证电机可靠安全运行的关键。本文基于有限元模型计算分析电机定子屏蔽护套的涡流损耗以及电机温升分布,并对屏蔽护套损耗敏感性因素进行研究;通过样机试验分离出定子屏蔽护套涡流损耗。试验与理论分析结果基本一致,验证本文所建立的高速永磁屏蔽电机有限元模型的正确性,对今后屏蔽电机的分析、设计具有理论指导意义。     

高精度盘式永磁电机温度分析与研究

以高精度无槽盘式永磁电机为研究对象,建立了电机三维电磁仿真模型。详细分析了该电机反电动势和转矩特性,避免由高次谐波引起的定、转子及永磁体涡流损耗,有效改善了电机的热性能,为进一步研究打下基础。建立了三维温度场仿真模型,分析了热源分布和传热过程,计算了电机在自然散热条件下温度的稳态分布。最后通过电机温升试验,验证了理论分析的正确性与合理性。     

电网电压偏差对水轮发电机定子温度场的影响

以一台水轮发电机为例,分别采用有限元法和有限体积法对电网电压发生偏差时水轮发电机的二维电磁场和径向通风沟内的二维流体场进行了数值计算;给出了电网电压发生偏差时定子股线和定子铁心的基本铜耗、涡流损耗以及通风沟内各散热表面的散热系数:最后采用有限元法对定子三维温度场进行了计算,分析了电网电压偏差对定子温度场的影响,得出了一些有用的结论。     

电动机温升估算的有关问题

电动机的温升取决于电机的发热与散热情况,为了准确估算出电动机运行时的温升,通过相关的理论分析并结合实例,阐述了电机热损耗与定子电流、散热条件以及与电机负载运行情况的关系。正确认识与估算出电动机的温升,对于电机设计、改造、检修与合理使用都有着十分重要的意义。     

双水内冷同步调相机定子温度场分析

温度场的研究对双水内冷同步调相机安全运行具有重要的意义。针对双水内冷同步调相机,采用有限元法建立了电磁场二维模型以及流体-温度三维温升计算模型,求取了电机不同运行工况下的电枢电流、励磁电流以及对应的电机定子损耗。在此基础上,根据流体-温度耦合的传热理论,以定子线圈和铁心损耗为热源,求解定子各部分温度分布,研究电枢电流、冷却水流速、冷却水进水温度对定子温升的影响。结果表明,双水内冷同步调相机运行时定子下层线圈温度高于定子上层线圈温度,定子线圈最高温升与电枢电流的二次方呈正比,且其温升与冷却水的流速相关,与进水温度成正比。本文中关于温度场的研究可为大型同步调相机散热结构优化及过载能力分析提供理论参考价值。     

排间绝缘故障引起电机定子热问题的分析及诊断

本文首先建立了大型水轮发电机定子三维温度场的数学模型和物理模型,给出了边界条件和假设条件,同时也给出了求解域内的流场计算模型,采用有限体积法计算了通风沟内流体分布,得出了求解域内各表面散热系数。在此基础上,采用有限元法计算了排间绝缘故障时的定子温度场,并分析了导热系数的变化对温度场的影响,得出了一些有益的结果,为电机设计人员和运行人员提供一定的依据。