Ултразвуковите двигатели са изобретени през 1965 г. от В. В. Лавринко. Като цяло сме наясно с факта, че движещата сила се дава от електромагнитното поле в конвенционалните двигатели. Но тук, за да осигурят движеща сила, тези двигатели използват пиезоелектричен ефект в ултразвука честотен диапазон, който е от 20 kHz до 10 MHz и не се чува за нормалните човешки същества. Следователно тя се нарича пиезоелектрическа USM технология. Ултразвуковата технология се използва от USM, които използват мощността на ултразвуковите вибрации от компонент за тяхната работа.

Ултразвуков мотор

“как работи ценеровият диод ”

Преди да обсъдим подробно тази технология, трябва да знаем за информацията относно ултразвукови сензори , пиезоелектрични сензори и пиезоелектрични задвижващи механизми.

Пиезоелектричен сензор

пиезоелектричен сензор

Промените във физическите величини като деформация, сила, напрежение и ускорение могат да бъдат измерени чрез превръщането им в електрическа енергия. Устройствата или сензорите, които се използват за този процес, се наричат пиезоелектрични сензори. И този процес се нарича пиезоелектричен ефект . Ако напрежението е приложено върху кристал, тогава налягането ще бъде поставено върху атомите на кристала, причинявайки деформация на атомите, която е само 0,1%.

Ултразвуков сензор

Преобразувателите, които генерират висока честота - честота от около 20 kHz до 10 MHz звукови вълни - и приписват целта, като отчитат интервала от време между приемането на ехото след изпращане на сигнала, се наричат ултразвукови сензори. Следователно, Ултразвукови сензори могат да се използват за откриване на препятствия и за да се избегне сблъсък.

Пиезоелектричен задвижващ механизъм

пиезо задвижващ механизъм

За фината настройка на лещите на фотоапарат, огледало, машинни инструменти и друго подобно оборудване се изисква прецизен контрол на движението, което може да се постигне чрез пиезоелектричните задвижвания. Електрическият сигнал може да се преобразува в прецизно контролирано физическо изместване с помощта на пиезоелектричен задвижващ механизъм. Те се използват за управление на хидравличните клапани и двигателите със специално предназначение.

Пиезоелектрична ултразвукова двигателна технология

Просто можем да наречем ултразвуковата технология обратна на пиезоелектричния ефект, тъй като в този случай електрическа енергия се превръща в движение. Следователно можем да го наречем пиезоелектрическа USM технология.

Пиезоелектричният материал, наречен Оловен цирконат титанат и кварц, се използва много често за USM, а също и за пиезоелектрични задвижващи механизми, въпреки че пиезоелектричните задвижващи механизми са различни от USM. Материалите като литиев ниобат и някои други монокристални материали също се използват за USM и пиезоелектрична технология.
Основната разлика между пиезоелектричните задвижващи механизми и USM се посочва като вибрация на статора в контакт с ротора, която може да се усили чрез използване на резонанса. Амплитудата на движението на изпълнителния механизъм е между 20 и 200 nm.

Видове ултразвукови двигатели

USMs са класифицирани в различни типове въз основа на различни критерии, които са както следва:

Класификация на USMs въз основа на вида операция на въртене на двигателя

Роторни двигатели
Двигатели с линеен тип

Класификация на USMs въз основа на формата на вибратора

Тип пръчка
П-образна
Цилиндрична форма
Тип пръстен (квадрат)

Класификация въз основа на вида на вибрационната вълна

Тип стояща вълна - тя допълнително се класифицира в два типа:

Еднопосочна
Двупосочна

Размножаващ се тип вълна или тип пътуваща вълна

Работа на ултразвукови двигатели

Ултразвукова работа на двигателя

Вибрацията се индуцира в статора на двигателя и се използва за предаване на движението към ротора и също така за модулиране на силите на триене. Усилването и (микро) деформациите на активния материал се използват за генериране на механичното движение. Макро-движението на ротора може да бъде постигнато чрез коригиране на микро-движението с помощта на фрикционния интерфейс между статор и ротора .

The ултразвуков мотор се състои от статор и ротор. Работата на USM променя ротора или линейния преводач. Статорът на USM се състои от пиезоелектрична керамика за генериране на вибрации, метал на статора за усилване на генерираната вибрация и триещ се материал за осъществяване на контакт с ротора.

Винаги, когато се прилага напрежение, на повърхността на статорния метал се генерира бягаща вълна, която кара ротора да се върти. Тъй като роторът е в контакт със статорния метал, както беше споменато по-горе - но само при всеки пик на пътуващата вълна - което причинява елиптично движение - и, с това елиптично движение, роторът се върти в посока, обратна на посоката на пътуваща вълна.

Характеристики и достойнства на ултразвукови двигатели

Те са малки по размер и са отлични в отговор.
Те имат ниска скорост от десет до няколкостотин оборота в минута и висок въртящ момент, поради което не са необходими редуктори.
Те се състоят от високо задържаща мощност и дори ако захранването е изключено, те не се нуждаят от спирачка и съединител.
Те са малки, тънки и имат по-малко тегло в сравнение с други електромагнитни двигатели.
Тези двигатели не съдържат електромагнитни материали и не генерират електромагнитни вълни. Така че, те могат да се използват дори в области с високо магнитно поле, тъй като те не се влияят от магнитното поле.
Тези двигатели нямат никакви зъбни колела и за задвижване на тези двигатели се използва нечувана честотна вибрация. Така че те не генерират никакъв шум и работата им е много тиха.
Точният контрол на скоростта и позицията е възможен с тези двигатели.
Механичната константа на времето за тези двигатели е по-малка от 1 ms и контрол на скоростта за тези двигатели е стъпка по-малко.
Тези двигатели имат много висока ефективност и тяхната ефективност е нечувствителна към техния размер.

Недостатъци на ултразвукови двигатели

Необходимо е високочестотно захранване.
Тъй като тези двигатели работят на триене, трайността е много по-малка.
Тези двигатели имат увиснали скоростно-въртящи характеристики.

Приложения на ултразвукови двигатели

Използва се за автофокус на обектива на камерата.
Използва се в компактни устройства и часовници за работа с хартия.
Използва се при транспортиране на машинни части.
Използва се за сушене и ултразвуково почистване.
Използва се за инжектиране на масло в горелките.
Използва се като най-добрите двигатели, за които е известно, че предлагат голям потенциал за миниатюризация на съоръженията.
Използва се при ЯМР магнитно-резонансно сканиране в медицината.
Използва се за управление на дисковите глави на компютъра като дискети, твърди дискове и CD устройства.
Използва се в много приложения в областта на медицината, космоса и роботика .
Използва се за автоматично управление на подвижния екран.
В бъдеще тези двигатели могат да намерят приложение в области като автомобилната индустрия, нанопозиционирането, микроелектрониката, Технология Micro Electro Mechanical System и потребителски стоки.

Тази статия разглежда пиезоелектричните ултразвукови двигатели, ултразвуковите сензори, пиезоелектрическите сензори, пиезоелектричните задвижващи механизми, работата на USM, достойнства, недостатъци и приложения на USM накратко. За повече информация относно горните теми, моля публикувайте вашите запитвания, като коментирате по-долу.

Кредити за снимки: