[实用新型]一种声场驱动的马达

说明书

本实用新型涉及一种声场驱动的马达，包括：转子、压电换能器、超声变幅杆与反射器；压电换能器与超声变幅杆连接，同时超声变幅杆与压电换能器的频率需匹配来达到放大压电换能器振动的效果；转子利用声辐射力自然悬浮于波节点处或机械连接于波节点处，转子的结构及参数经过优化设计，以达到最高驱动效率。有益效果：基于声现象的驱动机制不依赖于系统的电磁属性，可以使用任何需要的固体材料制作转子。通过提高声波频率可以将转子微缩至亚毫米量级，可以放置于微流道或生物体内以实现特定功能；同时，声场对生物体友好，不会对生物产生不利影响。转子旋转时会影响流场，将该转子放置于流体中能够较好的操控流动或驱动液体混合。

技术领域

本发明属于机械动力装置领域，涉及一种声场驱动的马达，特别是一种利用声场能量进行驱动的旋转机械装置。

背景技术

马达是一种将其他形式能源(化学能、电磁能、声、光、热能等)转变成机械能的装置，被广泛应用于各种需要驱动力的场合。传统的马达都需要轴连接被驱动物，虽然能够达到很高的驱动力，但在一些特殊场合下难以应用。现有的非接触马达主要使用电磁力进行驱动，对物体的电磁特性有一定要求。而基于声场的驱动装置不需要材料具有特殊属性，因此在生物、微机电系统等领域，对此类非接触的声场驱动装置有较大需求。

文献‘Onder Dincel,Tsuyoshi Ueta,Jun Kameoka.Acoustic drivenmicrobubble motor device[J].Sensors and Actuators A,2019,295,343-347.’开发了利用气泡表面产生微声流的旋转装置，该装置利用气液界面的能量耗散产生声流推动一个毫米级的结构旋转。但是，该装置只能在液体中工作，且能达到的转速较低，仅450rpm。由于这一特点，该装置驱动效率较低且不能用于气体介质。

利用声场这一常见的物理场，可以实现非接触能量传递。本发明利用边界层声流现象驱动物体旋转，不要求被驱动物具有特殊物理属性，可以实现单一介质内的驱动。此外声场具有生物友好的特性，利用声场驱动微马达的技术研究具有显著的工程实践意义与实用价值。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种声场驱动的马达，一种利用声场驱动的旋转设备。通过设计转子形貌高效的利用声场的二阶效应。该设备能够在声场作用下能产生稳定的旋转并能够达到较高的转速，实现流体介质中的非接触驱动。同时，本方案依赖于声场的二阶效应，解决了传统电磁驱动依赖于物性参数的问题，使转子的材料选择多种多样。

技术方案

一种声场驱动的马达，其特征在于包括转子1、超声变幅杆2、压电换能器3和反射器4；压电换能器3位于超声变幅杆2的底部，反射器4位于超声变幅杆2的上端，两者之间为驻波声场，转子1悬浮于驻波声场的波节点处；所述转子为两个楔形块5反向放置拼接，其中心设有中心孔6；所述楔形块5的截面为梯形或三角形；所述楔形块5的长度不超过驻波声场声波的半波长。

所述楔形块5的长度采用0.25倍驻波声场的波长。

所述转子的楔形尖角角度取值范围为10°～40°。

所述转子的楔形尖角角度取值范围为20°。

所述转子尖角周围的加工精度不能低于声边界层厚度。

有益效果