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文章標題：直線型非接觸式超聲波電機

回復(fù)文章

作者：ilovewhat 發(fā)表時間：2010-1-28 14:44:51

                                                                                                    直線型非接觸式超聲波電機

    摘要：非接觸式超聲波電機是20世紀90年代由日本學者首先開始研究的一種新型超聲波電機，由于驅(qū)動機理的不同，與傳統(tǒng)的超聲波電機相比，非接觸式超聲波電機的定動子不直接觸，避免了摩擦損耗，壽命長，理論上可以實現(xiàn)更大的速度。近聲場作用方式，通常被稱作NFAL泔ea卜FieldAcoustic Levltatlon]，被懸浮物體的高度在幾十到幾百微米間，它與通常利用駐波遠聲場的懸浮現(xiàn)象有根本的區(qū)別。對非接觸式直線型超聲波電機的定子——壓電換能器進行了分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對壓電換能器樣機進行了模態(tài)實驗，獲得相關(guān)的動態(tài)特性參數(shù)；成功制造出了基于NFAL的非接觸式直線型超聲波電機，實驗結(jié)果表明，該樣機動子重量為5g時，在峰峰值3f1(】V的激勵電壓下，速度可達到84mm，s。
    關(guān)鍵詞：聲懸�。航晥鲎饔�；壓電換能器：超聲波電機
O前言
    非接觸式超聲波電機是20世紀90年代由日本學者首先開始研究的一種新型超聲波電機，由于驅(qū)動機理的不同，與傳統(tǒng)的超聲波電機相比，非接觸式超聲波電機的定動子不直接接觸，避免
了摩擦損耗，壽命長，理論上可以實現(xiàn)更大的速度。
    從結(jié)構(gòu)上分，非接觸式超聲波電機主要有圓筒型、圓盤型和直線型。日本山形大學鈴木勝義教授研制的圓筒型非接觸超聲波電機，依靠壓電陶瓷激發(fā)不銹鋼圓筒產(chǎn)生聲輻射壓力來推動內(nèi)部硬紙板動子轉(zhuǎn)動；日本山形大學的廣瀨精二研制了基于聲輻射壓力的圓盤型非接觸式超聲波電機。東京工業(yè)大學的中村健太郎、胡俊輝、上羽貞行等人的課題組研制了基于近聲場作用的平板
式非接觸超聲波電機，并開展了實驗研究。國內(nèi)在非接觸式超聲波電機方面，主要針對圓筒型或圓盤型的旋轉(zhuǎn)式超聲波電機展開了一些研究。吉林工業(yè)大學研制了采用了硬鋁材質(zhì)的圓筒結(jié)構(gòu)的非接觸式超聲波電0，****轉(zhuǎn)速為670轉(zhuǎn)／分。上海交通大學研制出利用圓筒特定模態(tài)下單相驅(qū)動的駐波型非接觸式超聲波電機，****轉(zhuǎn)速達到了2026轉(zhuǎn)／分。天津大學進行了利用水或煤油等液體為介質(zhì)的聲流驅(qū)動的非接觸式超聲波電機的實驗研究”j，闡述了超聲振動所產(chǎn)生的能量通過液體傳遞給動子的機理。南京航空航天大學研制了利用聲流驅(qū)動的采用圓筒和圓盤型的非接觸式超聲波電機，其中圓盤型的非接觸式超聲波電機****轉(zhuǎn)速達到603ln，mln，實測的堵轉(zhuǎn)力矩為3 5×lO。N·m。目前，國內(nèi)采用近聲場作用的非接觚式直線型超聲波電機尚未見公開報道。
    本文首先對非接觸式直線型超聲波電機的核心部分——蘭杰文振子進行了分析和設(shè)計，在此基礎(chǔ)上成功研制出非接觸式直線型超聲波電機，實現(xiàn)了懸浮動子的直線傳輸。最后，對近場聲懸
浮的能力和非接觸式超聲波電機樣機開展了實驗研究。
1電機驅(qū)動機理
    實現(xiàn)物體懸浮的物理方法有多種，如氣動懸浮、電磁懸浮、靜電懸浮等，但是近聲場懸浮(NeldT—Field Acoustic Levitation)相對其它懸浮方式有獨特的優(yōu)勢：對被懸浮物體沒有電磁學性質(zhì)上的特殊要求，也不產(chǎn)生剛加效應(yīng)，原則上可以懸浮任何物質(zhì)，理論上可達到比遠場聲懸浮更為可觀的懸浮力。因此，基于近場聲懸浮的直線型電機在上述需要非接觸傳送物質(zhì)的場合有著很大的應(yīng)用潛力。
    NFAL作用方式與通常的駐波聲懸浮現(xiàn)象是不同的。旨先，不需要遠聲場駐波聲懸浮技術(shù)中用來增強駐波強度的反射器(圖1)，而是以待懸浮動子作為反射器；其次，懸浮物與聲輻射源
距離通常小于A／2。
    基于N隊L的非接觸式超聲波電機利用的物理原理既不同于電磁電機的電磁效應(yīng)，也不同于傳統(tǒng)接觸式超聲波電機的固體。固體間的摩擦，而是固體。流體一固體這種全新的驅(qū)動機理，參見圖2。圖2中電機由兩個蘭杰文振予型的壓電換能器、一根呵作彎曲振動平板和待懸浮運送的物體組成。其中，激振器在激振點施加簡諧激勵，在彈性平板中產(chǎn)生行波向前傳播，利用位于吸振點處的壓電換能器將行波的能量吸收，并將能量消耗在吸收阻抗上，以防I』二行波反射。平板上方的物體被振動產(chǎn)生的聲輻射壓懸浮起來，由流體粘性力驅(qū)動物體沿著行波方向運動。

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