[實用新型]一種聲場驅動的馬達

有效

• 申請號: 202020230801.8
• 申請日: 2020-03-01
• 公開（公告）號: CN212343675U
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 陳效鵬;郭紫昱
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本實用新型涉及一種聲場驅動的馬達，包括：轉子、壓電換能器、超聲變幅桿與反射器；壓電換能器與超聲變幅桿連接，同時超聲變幅桿與壓電換能器的頻率需匹配來達到放大壓電換能器振動的效果；轉子利用聲輻射力自然懸浮于波節點處或機械連接于波節點處，轉子的結構及參數經過優化設計，以達到最高驅動效率。有益效果：基于聲現象的驅動機制不依賴于系統的電磁屬性，可以使用任何需要的固體材料制作轉子。通過提高聲波頻率可以將轉子微縮至亞毫米量級，可以放置于微流道或生物體內以實現特定功能；同時，聲場對生物體友好，不會對生物產生不利影響。轉子旋轉時會影響流場，將該轉子放置于流體中能夠較好的操控流動或驅動液體混合。

技術領域

本發明屬于機械動力裝置領域，涉及一種聲場驅動的馬達，特別是一種利用聲場能量進行驅動的旋轉機械裝置。

背景技術

馬達是一種將其他形式能源(化學能、電磁能、聲、光、熱能等)轉變成機械能的裝置，被廣泛應用于各種需要驅動力的場合。傳統的馬達都需要軸連接被驅動物，雖然能夠達到很高的驅動力，但在一些特殊場合下難以應用。現有的非接觸馬達主要使用電磁力進行驅動，對物體的電磁特性有一定要求。而基于聲場的驅動裝置不需要材料具有特殊屬性，因此在生物、微機電系統等領域，對此類非接觸的聲場驅動裝置有較大需求。

文獻‘Onder Dincel,Tsuyoshi Ueta,Jun Kameoka.Acoustic drivenmicrobubble motor device[J].Sensors and Actuators A,2019,295,343-347.’開發了利用氣泡表面產生微聲流的旋轉裝置，該裝置利用氣液界面的能量耗散產生聲流推動一個毫米級的結構旋轉。但是，該裝置只能在液體中工作，且能達到的轉速較低，僅450rpm。由于這一特點，該裝置驅動效率較低且不能用于氣體介質。

利用聲場這一常見的物理場，可以實現非接觸能量傳遞。本發明利用邊界層聲流現象驅動物體旋轉，不要求被驅動物具有特殊物理屬性，可以實現單一介質內的驅動。此外聲場具有生物友好的特性，利用聲場驅動微馬達的技術研究具有顯著的工程實踐意義與實用價值。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種聲場驅動的馬達，一種利用聲場驅動的旋轉設備。通過設計轉子形貌高效的利用聲場的二階效應。該設備能夠在聲場作用下能產生穩定的旋轉并能夠達到較高的轉速，實現流體介質中的非接觸驅動。同時，本方案依賴于聲場的二階效應，解決了傳統電磁驅動依賴于物性參數的問題，使轉子的材料選擇多種多樣。

技術方案

一種聲場驅動的馬達，其特征在于包括轉子1、超聲變幅桿2、壓電換能器3和反射器4；壓電換能器3位于超聲變幅桿2的底部，反射器4位于超聲變幅桿2的上端，兩者之間為駐波聲場，轉子1懸浮于駐波聲場的波節點處；所述轉子為兩個楔形塊5反向放置拼接，其中心設有中心孔6；所述楔形塊5的截面為梯形或三角形；所述楔形塊5的長度不超過駐波聲場聲波的半波長。

所述楔形塊5的長度采用0.25倍駐波聲場的波長。

所述轉子的楔形尖角角度取值范圍為10°～40°。

所述轉子的楔形尖角角度取值范圍為20°。

所述轉子尖角周圍的加工精度不能低于聲邊界層厚度。

有益效果