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文章标题：直线型非接触式超声波电机
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| 作者：ilovewhat 发表时间：2010-1-28 14:44:51 |
直线型非接触式超声波电机
摘要：非接触式超声波电机是20世纪90年代由日本学者首先开始研究的一种新型超声波电机，由于驱动机理的不同，与传统的超声波电机相比，非接触式超声波电机的定动子不直接触，避免了摩擦损耗，寿命长，理论上可以实现更大的速度。近声场作用方式，通常被称作NFAL泔ea卜FieldAcoustic Levltatlon]，被悬浮物体的高度在几十到几百微米间，它与通常利用驻波远声场的悬浮现象有根本的区别。对非接触式直线型超声波电机的定子——压电换能器进行了分析和结构设计，并对压电换能器样机进行了模态实验，获得相关的动态特性参数；成功制造出了基于NFAL的非接触式直线型超声波电机，实验结果表明，该样机动子重量为5g时，在峰峰值3f1(】V的激励电压下，速度可达到84mm，s。
关键词：声悬浮：近声场作用；压电换能器：超声波电机
O前言
非接触式超声波电机是20世纪90年代由日本学者首先开始研究的一种新型超声波电机，由于驱动机理的不同，与传统的超声波电机相比，非接触式超声波电机的定动子不直接接触，避免
了摩擦损耗，寿命长，理论上可以实现更大的速度。
从结构上分，非接触式超声波电机主要有圆筒型、圆盘型和直线型。日本山形大学铃木胜义教授研制的圆筒型非接触超声波电机，依靠压电陶瓷激发不锈钢圆筒产生声辐射压力来推动内部硬纸板动子转动；日本山形大学的广濑精二研制了基于声辐射压力的圆盘型非接触式超声波电机。东京工业大学的中村健太郎、胡俊辉、上羽贞行等人的课题组研制了基于近声场作用的平板
式非接触超声波电机，并开展了实验研究。国内在非接触式超声波电机方面，主要针对圆筒型或圆盘型的旋转式超声波电机展开了一些研究。吉林工业大学研制了采用了硬铝材质的圆筒结构的非接触式超声波电0，****转速为670转／分。上海交通大学研制出利用圆筒特定模态下单相驱动的驻波型非接触式超声波电机，****转速达到了2026转／分。天津大学进行了利用水或煤油等液体为介质的声流驱动的非接触式超声波电机的实验研究”j，阐述了超声振动所产生的能量通过液体传递给动子的机理。南京航空航天大学研制了利用声流驱动的采用圆筒和圆盘型的非接触式超声波电机，其中圆盘型的非接触式超声波电机****转速达到603ln，mln，实测的堵转力矩为3 5×lO。N·m。目前，国内采用近声场作用的非接觚式直线型超声波电机尚未见公开报道。
本文首先对非接触式直线型超声波电机的核心部分——兰杰文振子进行了分析和设计，在此基础上成功研制出非接触式直线型超声波电机，实现了悬浮动子的直线传输。最后，对近场声悬
浮的能力和非接触式超声波电机样机开展了实验研究。
1电机驱动机理
实现物体悬浮的物理方法有多种，如气动悬浮、电磁悬浮、静电悬浮等，但是近声场悬浮(NeldT—Field Acoustic Levitation)相对其它悬浮方式有独特的优势：对被悬浮物体没有电磁学性质上的特殊要求，也不产生刚加效应，原则上可以悬浮任何物质，理论上可达到比远场声悬浮更为可观的悬浮力。因此，基于近场声悬浮的直线型电机在上述需要非接触传送物质的场合有着很大的应用潜力。
NFAL作用方式与通常的驻波声悬浮现象是不同的。旨先，不需要远声场驻波声悬浮技术中用来增强驻波强度的反射器(图1)，而是以待悬浮动子作为反射器；其次，悬浮物与声辐射源
距离通常小于A／2。
基于N队L的非接触式超声波电机利用的物理原理既不同于电磁电机的电磁效应，也不同于传统接触式超声波电机的固体。固体间的摩擦，而是固体。流体一固体这种全新的驱动机理，参见图2。图2中电机由两个兰杰文振予型的压电换能器、一根呵作弯曲振动平板和待悬浮运送的物体组成。其中，激振器在激振点施加简谐激励，在弹性平板中产生行波向前传播，利用位于吸振点处的压电换能器将行波的能量吸收，并将能量消耗在吸收阻抗上，以防I』二行波反射。平板上方的物体被振动产生的声辐射压悬浮起来，由流体粘性力驱动物体沿着行波方向运动。
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