防爆型直线超声电机的研究论文

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1、摘要本课题来源于国家自然科学基金项目：《防爆型压电电机的基础研究》(编号：50807048)。超声电机(UltrasonicMotor，USM)是利用压电材料的逆压电效应激发定子在超声频段内微幅振动而工作的，也可称为压电电机。直线型超声电机是超声电机一个重要的分支，它不但具有超声电机的共有特点，而且还具有直接输出直线运动和力矩、结构简单、设计灵活、容易实现小型化等优点，因此已经在精密仪器、航天、医疗、微型机器人、汽车等领域成功应用。但是直线超声电机还存在一些亟需解决的问题，目前还没有把超声电机应用到有爆炸危险环境当中的研究。因此在以提高直线超声电机的输出性能和效率为目标的基础

2、上，为了实现直线电机能够在爆炸危险环境当中工作的目的，本文研究了一种防爆型直线超声电机，研究的主要内容和成果概括如下：1．分析了防爆直线超声电机的应用背景和发展前景，论述了防爆直线超声电机亟待研究的问题和重要意义。2．分析了基于矩形截面梁振子的电机运动机理，并结合电机工作模态的激励过程，证明了驱动足椭圆运动的形成，指出在设计直线电机中遵循的一些要求。3．利用ANSYS软件重点研究了定子的主要结构尺寸对其两相工作模态频率的影响，并确定了定子的结构尺寸，又设计出了压电陶瓷的激励方式和粘贴布局，分别设计出了直线电机和驱动电源的防爆壳体，并设计出了防爆型直线超声电机的装配图。4．分析

3、了影响电机两相工作模态频率不一致的因素，采用摄动理论和有限元软件计算分析后，解决了两相模态频率一致性调节的问题，对定子进行了谐响应分析，找到了定子的最佳工作模态频率，通过瞬态分析得出了定子达到稳定工作的时间只有1．6ms，又提取了驱动足上质点的良好椭圆运动轨迹。5．研制出了三台直线超声电机定子样机对其进行了扫频实验，并采用模态频率调节一致性的方法进行调试，使得定子两相模态频率差值为70Hz，达到工程使用要求，最终测试出电机的最大无负载速度为46mm／s，制摘要造出驱动电源防爆箱体并作了相关防爆性能的试验，取得了防爆合格证书。关键字：防爆电机、直线超声电机、压电陶瓷、有限元分析

4、、模态频率、结构优化IIAbstractThisprojectiSderivedfromNaturalScienceFoundationofChinaNameofFundamentalResearchofExplosion-proofPiezoelectricMotor(No．50807048)．UltrasonicmotorⅣSM)，whichcarlalsobecalledpiezoelectricmotor,utilizesthevibrationoftheelasticbody(statoOintheultrasonicfrequencybandandtheconve

5、rsepiezoelectriceffectofpiezoelectricmaterials．Alinearultrasonicmotor(LUSM)isanimportanttypeofUSM．BesidesthecommoncharacteristicsofrotaryUSM，LUSMalsopossessesthefollowingadvantages：thecapabilityofdirectandstraightdrive，asimplestructure，aflexibledesign，allowingeasyminiaturizmion．Ithasbeenwid

6、elyusedinmanyfieldssuchasprecisioninstruments，astronautics，medicalfield，automobileandmicro—robot．ButtherearesomeproblemsaboutLUSM，andnoresearchofLUSMbeingusedintheexplosiveatmosphere．Inordertoenhancingoutputcharacteristics，efficiencyandapplyingtotheexplosiveatmosphere，thisdissertationhasbee

7、nstudiedoutanexplosion-prooflinearultrasonicmotor．西especificcontributionsofthisworkareasfollows。1．Theanalysisofexplosion-proofLUSMaboutbroadapplicationprospectandbackgroundispresented．Itispointedoutthesignificantandproblemsofexplosion—proofLUSM．2．Basedon