高性能化可能な非鉛圧電単結晶を用いた正方形板・非接触駆動超音波モータの実現

使用高性能无铅压电单晶实现方板非接触驱动超声波电机

基本信息

批准号：
24918021
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：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24918021/
关键词：
超音波モータ非鉛 LiNbO_3

项目摘要

○研究目的:鉛を含まず,かつ大振幅励振特性に優れた,圧電単結晶材料であるLiNbO_3を使用して,定在波で屈曲振動する2枚の正方形板状の固定子(ステータ)を構成し,回転子(ロータ)をステータと非接触で回転させる,非鉛圧電単結晶を用いた非接触駆動超音波モータを実現する。○研究方法:1.有限要素法を用いて,屈曲振動を効率よく励振できるLiNbO_3の切り出し角度,LiNbO_3や金属板の厚さに対する屈曲振動モードの共振周波数を解析した。2.上記の解析で得た結晶方位角や厚さをもつLiNbO_3とステンレス板を用いてステータを作製し,非鉛圧電単結晶を用いた屈曲振動子としての特性を評価した。3.上記のステータを用いて非接触駆動超音波モータを作製し,ステータの駆動電気端子から,ロータ径やギャップ長に対するギャップの音響インピーダンスを実測した。4.回転速度や起動トルク特性のロータ径やギャップ長依存性を測定し,上記3の結果と比較検証した。5.境界要素法を用いて,空気の粘性の影響とギャップ間の音響結合を考慮した音場解析を行った。○研究成果:1.有限要素法解析結果から,X30゜回転Y板のLiNbO_3を用いると容量比が最小になり,厚さ0.35mmのLiNbO_3板と厚さ0.6mmのステンレス板を用いたときに約19kHzの共振周波数が得られることを明らかにした。2.ステータの共振尖鋭度は従来よりも約2倍の値が得られ,低損失化を実現した。3.LiNbO_3を使用した正方形板状ステータを用いてロータの非接触回転に成功し,非鉛圧電単結晶を用いた非接触駆動超音波モータを実現した。約5,000rpmの高速回転を実現した。4.ギャップ空間の音響インピーダンスの測定結果との比較から,ステータの共振周波数とギャップの音響的な共振周波数を近づけた時にモータ特性が高くなることを明らかにした。5.境界要素法による音場解析結果から,駆動電圧の位相を90。とした2つのステータの定在波振動によって,ロータ上下の2つのギャップ内に進行波音場が発生することを実証した。

○研究目标：使用LINBO_3，一种不包含铅的压电单晶体材料，具有出色的大幅度激发属性，我们使用无铅的单晶晶体构成了非接触式驾驶超声超声电机，其中两个平方板的压电是弯曲的，并且与站立的波动和旋转的旋转器（Cotor（Cotor）旋转（旋转）与旋转器（Cotor（Cotor）相关）（旋转者）（旋转者）（旋转者）（旋转者）（旋转者）（Cotor）（旋转）（旋转）（旋转）（旋转者）。 ○研究方法：1。使用有限元法，Linbo_3的切割角，可以有效激发弯曲振动，以及相对于Linbo_3和金属板的厚度，弯曲振动模式的谐振频率进行了分析。 2。使用linbo_3制造一个定子，该定子具有晶体方位角和厚度，并从上述分析中获得了不锈钢板，并评估了使用无铅压电单晶体的弯曲振荡器的特性。 3。使用上述定子制造了非接触式驱动超声电动机，并根据定子的驱动电端子测量了间隙相对于转子直径和间隙长度的声学阻抗。 4。测量了旋转速度和启动扭矩特性的转子直径和间隙长度的依赖性，并与上述3。5的结果进行了比较和验证。使用边界元素方法来分析声场，考虑到空气粘度和间隙之间的正面耦合的影响。 ○研究结果：1。有限元分析结果表明，使用x30°旋转y板的linbo_3可最大程度地减少容量比，并且在使用厚度为0.35 mm的linbo_3板时，厚度为0.35 mm，厚度为0.6 mm的不锈钢板，可以获得大约19 kHz的谐振频率。 2。定子的谐振清晰度大约是以前的两倍，实现了较低的损失。 3。使用Linbo_3的方形定子成功旋转了转子，并实现了使用无铅压电单晶的非接触式驱动超声电机。它达到了大约5,000 rpm的高速旋转。 4。与间隙空间中声阻抗的测量结果进行比较表明，当定子的谐振频率和间隙的声音共振频率彼此接近时，运动特性会增加。 5。基于使用边界元素方法的声场分析的结果，驱动电压的相位为90。已证明这两个定义的站立波振动在转子上方和下方的两个间隙中产生了一个波动波声场。