非接触型超音波モータにおけるギャップ空間の音響インピーダンス測定システムの構築

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○ 研究目的:ロータがステータと接触しないで回転動作する非接触型超音波モータの最適構造を明らかにするために,ステータとロータ間のギャップ空間の音響インピーダンスを測定するシステムを構築する。○ 研究方法:1. インピーダンスアナライザと数値解析用コンピュータを連携させ,ステータの電気アドミタンスの周波数特性データを測定・取得するシステムを構築した。また,それを用いて測定した,ロータがある場合とない場合のステータの電気アドミタンス特性の実測データ群から,ギャップ空間の音響インピーダンスをステータの電気端子からみた等価電気音響インピーダンスを求めるデータ解析プログラムを作成した。2. 円板の屈曲振動を利用した非接触型超音波モータを試作し,ロータの直径やギャップ長が異なる構造について,上記のシステムと解析プログラムを用いてギャップ空間の等価電気音響インピーダンスを測定した。また,同じ構造のモータについて回転速度特性を実測し,両特性を比較した。3. 等価回路解析や有限要素法解析から等価電気音響インピーダンスを求め,実測結果と比較した。○ 研究成果:1. ロータがある場合とない場合のステータの電気アドミタンス特性から,ギャップ空間の等価電気音響インピーダンスが測定できる。2. 等価電気音響インピーダンスの特性は,ロータ径やギャップ長に大きく依存する。3. 等価電気音響インピーダンスの値が大きいロータ径やギャップ長をもつ構造ほど,ロータの高速回転が得られる傾向があることから,電気的に比較的簡単に測定可能なギャップ空間の等価電気音響インピーダンスは,非接触型超音波モータの最適設計の指標とすることができる。4. 等価電気音響インピーダンスの極大値は,主にギャップ内の空気の粘性とロータ外周部からの音響漏れによって決まり,ギャップが狭いほど,音響漏れが小さく,空気の粘性が支配的になる。