定轉子雙諧振環形行波超聲電機基礎研究

《定轉子雙諧振環形行波超聲電機基礎研究》是依託上海交通大學，由楊明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：定轉子雙諧振環形行波超聲電機基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊明
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

受定轉子之間摩擦傳動的限制，現有超聲電機和傳統電磁型電機相比，工作效率低，輸出功率小。這將超聲電機的套用限制在對輸出功率要求不高和非連續工作的場合。為利用齒輪傳動效率高、適用功率和圓周速度範圍廣的特點，本申請提出定轉子雙諧振環形行波超聲電機基礎研究的課題,擬在處於諧振狀態附近的定子和轉子中都激發出行波，通過定轉子之間行波輪廓的嚙合，實現定轉子之間的類齒輪傳動。但是環形行波超聲電機定轉子表面行波波峰一般只在微米數量級，定轉子行波輪廓嚙合能在多大程度上實現齒輪傳動的效果，卻是一個問題。為此，本申請擬通過振型、振幅對定轉子雙諧振超聲電機輸出功率影響機理的仿真研究、基於振動反問題的轉子設計研究、定轉子行波輪廓嚙合下的控制方法研究，及相應的實驗研究等，設計、製作出定轉子雙諧振環形行波超聲電機，並實驗驗證定轉子類齒輪傳動的可行性。本課題將為提高超聲電機輸出特性，拓展新套用，提供理論和技術基礎。

結題摘要

受定子行波與轉子彈性平板摩擦傳動的限制，現有行波超聲電機和傳統的電磁型電機相比，工作效率較低，輸出功率較小。這將超聲電機的套用限制在對輸出功率要求不高和間歇式工作場合。本項目將旋轉行波超聲電機定子和轉子之間的行波與彈性平板摩擦驅動接觸，改進為定子行波和轉子行波嚙合驅動接觸，提高旋轉行波超聲電機輸出轉速100%，輸出力矩40%；在旋轉行波超聲電機定子中，引入水冷結構，實現旋轉行波超聲電機連續48小時穩定運轉，輸出功率穩定在3.3瓦。本項目按原計畫進行，無內容調整和變動，主要研究內容和重要結果敘述如下： 1、機理研究方面：在有限元定轉子振幅計算的基礎上，利用Hertz接觸模型，通過定轉子接觸力的分析，建立定、轉子雙諧振行波嚙合超聲電機的輸出力矩表達式；利用定轉子振型匹配，給出定轉子行波接觸長度與電機輸出轉速、輸出力矩的關係；利用靈敏度分析、有限元分析和遺傳算法，根據振型匹配的結構最佳化需要，建立了一套完整、實用的轉子參數最佳化設計方法，為定轉子行波嚙合結構超聲電機的最佳化設計提供可能。 2、研製成功定轉子旋轉行波嚙合超聲電機，提高旋轉行波超聲電機輸出轉速100%，輸出力矩增加40%。本研究成果為提高旋轉行波超聲電機傳動效率和輸出特性，降低定轉子之間摩擦損耗、延長工作壽命，提供了一種簡單、可靠的實現方法，為擴大行波超聲電機的套用領域提供了可能。 3、為實現旋轉行波超聲電機穩定運轉，本項目將水冷散熱結構引入到行波超聲電機中，設計、製作了行波超聲電機水冷實驗樣機，在實驗室條件下已實現旋轉行波超聲電機連續48小時連續運轉，電機溫升維持在22 °C左右，輸出功率恆定為3.3瓦。本研究結果改變了傳統旋轉行波超聲電機只能間歇工作的限制，使旋轉行波超聲電機連續穩定工作成為可能，將擴展旋轉行波超聲電機從間歇工作領域到連續工作的套用領域。 4、本項目發表學術論文8篇，其中影響因子1以上的國際刊物論文4篇；授權中國發明專利2件；本項目培養博士生4人、碩士生4人。