非鉛化可能な定在波屈曲振動板による新しい非接触駆動方式の超音波モータの検討

采用无铅驻波弯曲膜片的新型非接触驱动型超声波电机的研究

基本信息

批准号：
21920022
负责人：
山吉康弘
金额：
$ 0.38万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21920022/
关键词：
超音波モータ非接触定在波

项目摘要

○研究目的:定在波屈曲振動円板を用いた,新しい非接触駆動方式の超音波モータを試作し,その動作検証を行うことによって,非鉛化可能な圧電単結晶を用いた非接触超音波モータの実現の可能性を得る。○研究方法:1.圧電振動円板とロータおよび周囲の空気の相互作用を考慮した有限要素法解析を用いて,2枚の定在波屈曲振動円板で挟まれたギャップ空間内の音場の周波数特性や時間変化を解析した。2.上記の解析結果に基づいて,ロータの上下に2枚の定在波屈曲振動円板ステータを配置した構造の非接触型超音波モータを作製した。3.ステータの電気端子からギャップ空間の音響インピーダンスを実測し,その特性から最適構造の確認を実験的に行った。4.試作した非接触超音波モータにおける,2つのステータの位置角度差や駆動電圧の位相差,ギャップ長に対するモータ特性を測定し,本研究で提案するロータの非接触駆動方式の原理検証を実験的に行うとともに,従来の同型縮退モードを利用した駆動方式との特性比較を行った。○研究成果:1.定在波屈曲振動円板を用いてロータの非接触回転に成功し,非鉛化可能な圧電単結晶を用いた非接触超音波モータの実現の可能性を得た。2.2つの定在波屈曲振動円板ステータの位置角度差を振動モードの円周方向周期の1/4にし,かつ,駆動電圧の位相差を90°にしたときに,ロータ上下のギャップ内の音場が円周方向の進行波になるという有限要素法解析結果を得た。また,そのとき,実験的に最も高いモータ特性が得られ,約3Vという低い駆動電圧で,約2200rpmの高速回転を実現した。3.従来の同型縮退モードを利用した駆動方式の非接触型超音波モータと比較して,最大回転速度で約1.3倍,最大起動トルクで約1.8倍,最大効率で約2.6倍の特性の向上を実現した。また,従来よりも約2.5～6.0倍の比較的広いギャップ長範囲で動作し,駆動電圧は約1/4倍に低電圧化できた。

○研究目标：通过使用常驻波弯曲振动盘并验证其操作的新型非接触式驱动超声电动机，可以使用不可用的压电单晶体实现非接触式超声电动机。 ○研究方法：1。使用有限元分析，考虑了压电振动盘与转子和周围空气之间的相互作用，分析了夹在两个站立波弯曲振动盘之间的间隙空间中声场的频率特性和时间变化。 2。基于上述分析结果，一种具有结构的非接触式超声电动机，其中在转子上方和下方排列了两个站立波弯曲振动盘法定。 3。间隙空间的声阻抗是从定子的电末端测量的，并根据特征在实验中确认了最佳结构。 4。测量了原型非接触式超声电动机中两个指数的运动特性，以实验验证了本研究中提出的转子的位置角差，驾驶电压的相位差，间隙长度以及使用相同类型的传统类型的转子系统进行了比较，并将其与转子的特性进行了比较。 ○研究结果：1。使用站立波弯曲振动盘成功旋转了转子，并且使用可以识别的压电单晶体实现非接触式超声电动机的可能性。 2。我们获得了有限元分析结果，表明，当两个站立波弯曲振动圆盘处的位置角差设置为振动模式的圆周周期的1/4，并且驾驶电压的相位差设置为90°时，将旋转距离的声场设置为上方和下方的声场。此外，通过实验获得了最高的电动机特性，在低至3V的驱动电压下，高速旋转约为2200 rpm。 3。与使用相同类型的退行模式的常规非接触超声电动机相比，性能的提高约为最大旋转速度的1.3倍，大约是最大启动扭矩的1.8倍，约为最大效率的2.6倍。此外，它比以前的间隙长度相对较宽约2.5至6.0倍，并且驾驶电压可降低约1/4倍。