Fungovanie a aplikácie piezoelektrickej ultrazvukovej technológie motora

Fungovanie a aplikácie piezoelektrickej ultrazvukovej technológie motora

Ultrazvukové motory vynašiel v roku 1965 V.V Lavrinko. Všeobecne si uvedomujeme skutočnosť, že hnacia sila je daná elektromagnetickým poľom v bežných motoroch. Ale kvôli zaisteniu hybnej sily tieto motory využívajú piezoelektrický jav v ultrazvuku frekvenčný rozsah, ktorý je od 20 kHz do 10 MHz a nie je pre bežných ľudí počuteľný. Preto sa nazýva piezoelektrická technológia USM. USM používajú ultrazvukovú technológiu, ktorá na svoju činnosť využíva energiu ultrazvukových vibrácií zo súčasti.



Ultrazvukový motor

Ultrazvukový motor

Predtým, ako budeme podrobne diskutovať o tejto technológii, musíme vedieť o informáciách týkajúcich sa ultrazvukové senzory , piezoelektrické snímače a piezoelektrické akčné členy.




Piezoelektrický snímač

piezoelektrický snímač

Zmeny fyzikálnych veličín ako napätie, sila, stres a zrýchlenie sa dajú merať ich premenou na elektrickú energiu. Zariadenia alebo snímače, ktoré sa používajú na tento proces, sa nazývajú piezoelektrické snímače. A tento proces sa nazýva piezoelektrický jav . Ak je na kryštál aplikované napätie, potom bude na atómy kryštálu vyvíjaný tlak, čo spôsobí deformáciu atómov, ktorá je iba 0,1%.



Ultrazvukový senzor

Ultrazvukový senzor

Ultrazvukový senzor

Prevodníky, ktoré generujú vysokú frekvenciu - frekvenciu približne 20 kHz až 10 MHz - a pripisujú cieľ prečítaním časového intervalu medzi prijatím ozveny po odoslaní signálu, sa nazývajú ultrazvukové snímače. Teda Na detekciu prekážok je možné použiť ultrazvukové snímače a aby sa zabránilo kolízii.

Piezoelektrický pohon

piezoelektrický pohon

Na jemné nastavenie šošoviek kamery, zrkadla, obrábacích nástrojov a iných podobných zariadení je potrebné presné riadenie pohybu, ktoré je možné dosiahnuť pomocou piezoelektrických ovládačov. Elektrický signál je možné previesť na presne riadený fyzický posun pomocou piezoelektrického aktuátora. Používajú sa na ovládanie hydraulických ventilov a motorov zvláštneho určenia.

Technológia piezoelektrického ultrazvukového motora

Jednoducho môžeme ultrazvukovú technológiu nazvať inverznou k piezoelektrickému javu, pretože v tomto prípade elektrická energia sa prevádza na pohyb. Preto ho môžeme nazvať ako piezoelektrická technológia USM.


Piezoelektrický materiál s názvom titaničitan zirkoničitý a kremeň sa používajú veľmi často pre USM a tiež pre piezoelektrické akčné členy, aj keď sa piezoelektrické akčné členy od USM odlišujú. Materiály ako niobát lítny a niektoré ďalšie monokryštálové materiály sa tiež používajú pre USM a piezoelektrickú technológiu.
Hlavný rozdiel medzi piezoelektrickými akčnými členmi a USM sa uvádza ako vibrácia statora pri kontakte s rotorom, ktorú je možné zosilniť pomocou rezonancie. Amplitúda pohybu aktuátora je v rozmedzí 20 až 200 nm.

Typy ultrazvukových motorov

USM sú klasifikované do rôznych typov na základe rôznych kritérií, ktoré sú nasledovné:

Klasifikácia USM podľa typu činnosti rotácie motora

  • Motory rotačného typu
  • Motory lineárneho typu

Klasifikácia USM na základe tvaru vibrátora

  • Typ tyče
  • V tvare p
  • Cylindrický tvar
  • Krúžkový (štvorcový) typ

Klasifikácia na základe typu vibračnej vlny

  • Typ stojatých vĺn - ďalej sa delí na dva typy:
  1. Jednosmerný
  2. Obojsmerný
  • Šíriaci sa typ vlny alebo typ putujúcej vlny

Pracovanie ultrazvukových motorov

Ultrazvukový motor pracuje

Ultrazvukový motor pracuje

Vibrácie sa indukujú do statora motora a používajú sa na prenos pohybu na rotor a tiež na moduláciu trecích síl. Na generovanie mechanického pohybu sa využíva zosilnenie a (mikro) deformácia aktívneho materiálu. Makropohybu rotora je možné dosiahnuť usmernením mikropohybu pomocou trecieho rozhrania medzi stator a rotor .

The ultrazvukový motor sa skladá zo statora a rotora. Prevádzka USM mení rotor alebo lineárny prekladač. Stator USM pozostáva z piezoelektrickej keramiky na generovanie vibrácií, kovu statora na zosilnenie generovaných vibrácií a trecieho materiálu na vytváranie kontaktu s rotorom.

Kedykoľvek je pripojené napätie, na povrchu statorového kovu sa vytvorí pohyblivá vlna, ktorá spôsobí rotáciu rotora. Pretože je rotor v kontakte so statorovým kovom, ako je uvedené vyššie - ale iba na každom vrchole pohybujúcej sa vlny - čo spôsobuje eliptický pohyb - a týmto eliptickým pohybom sa rotor otáča v opačnom smere ako v smere cestovacia vlna.

Vlastnosti a prednosti ultrazvukových motorov

  • Sú malé a majú vynikajúcu odozvu.
  • Tie majú nízke otáčky od 10 do niekoľko stoviek otáčok za minútu a vysoký krútiaci moment, a preto nie sú potrebné redukčné prevody.
  • Pozostávajú z vysokej sily držania a ani pri vypnutom napájaní nepotrebujú brzdu a spojku.
  • Sú malé, tenké a majú menšiu hmotnosť v porovnaní s inými elektromagnetickými motormi.
  • Tieto motory neobsahujú žiadny elektromagnetický materiál a negenerujú elektromagnetické vlny. Môžu sa teda použiť aj v oblastiach s vysokým magnetickým poľom, pretože tieto nie sú magnetickým poľom ovplyvnené.
  • Tieto motory nemajú žiadne prevody a na ich pohon sa používajú nepočuteľné frekvenčné vibrácie. Takže negenerujú žiadny hluk a ich prevádzka je veľmi tichá.
  • U týchto motorov je možná presná regulácia otáčok a polohy.
  • Mechanická časová konštanta pre tieto motory je menej ako 1 ms a regulácia otáčok pre tieto motory je o krok menej.
  • Tieto motory majú veľmi vysokú účinnosť a ich účinnosť je necitlivá na ich veľkosť.

Nevýhody ultrazvukových motorov

  • Je potrebný vysokofrekvenčný zdroj napájania.
  • Pretože tieto motory pracujú na trení, životnosť je veľmi nízka.
  • Tieto motory majú klesajúcu rýchlosť-krútiaci moment.

Aplikácie ultrazvukových motorov

  • Používa sa na automatické zaostrenie objektívu fotoaparátu.
  • Používa sa v kompaktných zariadeniach na manipuláciu s papierom a hodinkách.
  • Používa sa na dopravu častí strojov.
  • Používa sa na sušenie a ultrazvukové čistenie.
  • Používa sa na vstrekovanie oleja do horákov.
  • Používa sa ako najlepší známy motor, ktorý ponúka vysoký potenciál pre miniaturizáciu zariadení.
  • Používa sa pri snímaní pomocou magnetickej rezonancie MRI v medicíne.
  • Používa sa na ovládanie diskových hláv počítača, ako sú diskety, pevný disk a jednotky CD.
  • Používa sa v mnohých aplikáciách v oblasti medicíny, letectva a kozmonautiky robotické .
  • Používa sa na automatické ovládanie rolovacej obrazovky.
  • V budúcnosti môžu tieto motory nájsť uplatnenie v oblastiach ako automobilový priemysel, nano-polohovanie, mikroelektronika, Technológia Micro Electro Mechanical System a spotrebný tovar.

Tento článok v krátkosti pojednáva o piezoelektrických ultrazvukových motoroch, ultrazvukových senzoroch, piezoelektrických senzoroch, piezoelektrických akčných členoch, práci USM, výhodách, nedostatkoch a aplikáciách USM. Ak chcete získať viac informácií o vyššie uvedených témach, pošlite svoje dotazy komentárom nižšie.

Fotografické úvery: