基于场路结合的大功率直线超声波电机压电-热-结构多物理场分析

物理场分析对于大功率直线超声波电机的设计与优化至关重要，该文提出一种基于场路结合的超声波电机压电-热-结构多物理场解耦分析方法，解决了超声波电机传统多物理场分析方法无法兼顾分析效率与计算精度的问题。基于场的观点建立压电-结构耦合以及热-结构耦合有限元模型，基于路的观点构建定子电-振-热耦合损耗计算模型及其二维热网络模型，在此基础上通过超声波电机内部固有的电-振-热耦合效应实现压电-热-结构多物理场耦合分析，并实现了对多场耦合作用下电机作动性能、电气特性、温升特性以及关键部件机械强度的快速同步评估。利用该方法对一台V型定子大功率直线超声波电机进行理论建模与分析，仿真和实验结果表明，所提出的方法可为大功率直线超声波电机的多物理场分析及多场耦合优化设计提供理论参考。