Silniki ultradźwiękowe zostały wynalezione w 1965 roku przez V.V Lavrinko. Generalnie zdajemy sobie sprawę z tego, że siła napędowa jest wytwarzana przez pole elektromagnetyczne w konwencjonalnych silnikach. Ale tutaj, aby zapewnić siłę napędową, silniki te wykorzystują efekt piezoelektryczny w ultradźwiękach zakres częstotliwości, który wynosi od 20 kHz do 10 MHz i nie jest słyszalny dla zwykłych ludzi. Dlatego określa się ją mianem piezoelektrycznej technologii USM. Technologia ultradźwiękowa jest wykorzystywana przez USM, które wykorzystują moc drgań ultradźwiękowych z komponentu do swojego działania.

“program konwertera analogowo-cyfrowego ”

Silnik ultradźwiękowy

Przed szczegółowym omówieniem tej technologii musimy poznać informacje dotyczące czujniki ultradźwiękowe , czujniki piezoelektryczne i siłowniki piezoelektryczne.

Czujnik piezoelektryczny

czujnik piezoelektryczny

Zmiany wielkości fizycznych, takich jak odkształcenie, siła, naprężenie i przyspieszenie, można zmierzyć, przekształcając je w energię elektryczną. Urządzenia lub czujniki używane w tym procesie nazywane są czujnikami piezoelektrycznymi. Ten proces jest określany jako efekt piezoelektryczny . Jeśli napięcie zostanie przyłożone do kryształu, wówczas ciśnienie będzie wywierane na atomy kryształu, powodując deformację atomów, która wynosi tylko 0,1%.

Czujnik ultradźwiękowy

Przetworniki, które generują fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości - o częstotliwości od około 20 kHz do 10 MHz - i przypisują cel, odczytując odstęp czasu między odebraniem echa po wysłaniu sygnału, nazywane są czujnikami ultradźwiękowymi. W związku z tym, Do wykrywania przeszkód można używać czujników ultradźwiękowych i uniknąć kolizji.

Siłownik piezoelektryczny

siłownik piezoelektryczny

Do precyzyjnej regulacji soczewek kamery, lustra, narzędzi do obróbki skrawaniem i innego podobnego sprzętu wymagana jest precyzyjna kontrola ruchu, to precyzyjne sterowanie ruchem można osiągnąć za pomocą piezoelektrycznych siłowników. Sygnał elektryczny można przekształcić w precyzyjnie kontrolowane przemieszczenie fizyczne za pomocą piezoelektrycznego siłownika. Służą one do sterowania zaworami hydraulicznymi i silnikami specjalnego przeznaczenia.

Technologia piezoelektrycznego silnika ultradźwiękowego

Po prostu możemy nazwać technologię ultradźwiękową odwrotnością efektu piezoelektrycznego, ponieważ w tym przypadku energia elektryczna zamienia się w ruch. Dlatego możemy nazwać to technologią piezoelektryczną USM.

Materiał piezoelektryczny zwany cyrkonianem ołowiu tytanianem i kwarcem jest bardzo często używany w USM, a także w siłownikach piezoelektrycznych, mimo że siłowniki piezoelektryczne różnią się od siłowników USM. Materiały takie jak niobian litu i niektóre inne materiały monokrystaliczne są również używane w USM i technologii piezoelektrycznej.
Główną różnicę między siłownikami piezoelektrycznymi a USM określa się jako drgania stojana w kontakcie z wirnikiem, które można wzmocnić za pomocą rezonansu. Amplituda ruchu siłownika wynosi od 20 do 200 nm.

Rodzaje silników ultradźwiękowych

USM są podzielone na różne typy w oparciu o różne kryteria, które są następujące:

Klasyfikacja USM na podstawie rodzaju pracy silnika w trybie rotacji

Silniki obrotowe
Silniki liniowe

Klasyfikacja USM na podstawie kształtu wibratora

Rodzaj pręta
Kształt П
Kształt cylindryczny
Typ pierścienia (kwadratowy)

Klasyfikacja na podstawie rodzaju fali drgań

Typ fali stojącej - dalej dzieli się na dwa typy:

Jednokierunkowy
Dwukierunkowy

Fala propagująca lub fala bieżąca

Działanie silników ultradźwiękowych

Praca silnika ultradźwiękowego

Drgania są wprowadzane do stojana silnika i służą do przenoszenia ruchu na wirnik, a także do modulowania sił tarcia. Wzmocnienie i (mikro) odkształcenia materiału aktywnego są wykorzystywane do generowania ruchu mechanicznego. Makro-ruch wirnika można osiągnąć poprzez rektyfikację mikro-ruchu za pomocą interfejsu ciernego między stojan i wirnik .

Plik silnik ultradźwiękowy składa się ze stojana i wirnika. Działanie USM zmienia wirnik lub translator liniowy. Stojan USM składa się z piezoelektrycznej ceramiki do generowania wibracji, metalu stojana do wzmacniania generowanych wibracji oraz materiału ciernego do stykania się z wirnikiem.

Za każdym razem, gdy jest przyłożone napięcie, na powierzchni metalu stojana generowana jest fala bieżąca, która powoduje obrót wirnika. Ponieważ wirnik styka się z metalem stojana, jak wspomniano powyżej - ale tylko na każdym szczycie fali biegnącej - co powoduje ruch eliptyczny - i przy tym ruchu eliptycznym wirnik obraca się w kierunku odwrotnym do kierunku podróżująca fala.

Cechy i zalety silników ultradźwiękowych

Są małe i doskonale reagują.
Mają one niską prędkość od dziesięciu do kilkuset obrotów na minutę i wysoki moment obrotowy, dlatego przekładnie redukcyjne nie są wymagane.
Obejmują one dużą moc utrzymywania, a nawet jeśli zasilanie jest wyłączone, nie potrzebują hamulca i sprzęgła.
Są małe, cienkie i mają mniejszą wagę w porównaniu z innymi silnikami elektromagnetycznymi.
Silniki te nie zawierają żadnych materiałów elektromagnetycznych i nie generują fal elektromagnetycznych. Można je więc stosować nawet w obszarach o wysokim polu magnetycznym, ponieważ pole magnetyczne nie ma na nie wpływu.
Silniki te nie mają żadnych przekładni, a do napędzania tych silników wykorzystywane są niesłyszalne wibracje o częstotliwości. Dzięki temu nie generują żadnego hałasu, a ich praca jest bardzo cicha.
Silniki te umożliwiają dokładne sterowanie prędkością i położeniem.
Mechaniczna stała czasowa tych silników jest mniejsza niż 1 ms, a kontrola prędkości dla tych silników to mniejszy krok.
Silniki te mają bardzo wysoką sprawność, a ich sprawność jest niewrażliwa na ich wielkość.

Wady silników ultradźwiękowych

Wymagany jest zasilacz o wysokiej częstotliwości.
Ponieważ te silniki działają na zasadzie tarcia, trwałość jest znacznie mniejsza.
Silniki te mają opadającą charakterystykę prędkości i momentu obrotowego.

Zastosowania silników ultradźwiękowych

Służy do autofokusa obiektywu aparatu.
Używany w kompaktowych urządzeniach do obsługi papieru i zegarkach.
Stosowany w transporcie części maszyn.
Służy do suszenia i czyszczenia ultradźwiękowego.
Służy do wtryskiwania oleju do palników.
Stosowane jako najlepsze silniki znane z dużego potencjału miniaturyzacji urządzeń.
Stosowany w medycynie do skanowania rezonansem magnetycznym MRI.
Służy do sterowania głowicami dyskowymi komputera, takimi jak dyskietki, dyski twarde i napędy CD.
Używany w wielu zastosowaniach w dziedzinie medycyny, lotnictwa i kosmonautyki robotyka .
Służy do automatycznego sterowania przewijanym ekranem.
W przyszłości silniki te mogą znaleźć zastosowanie w takich dziedzinach, jak przemysł samochodowy, nanopozycjonowanie, mikroelektronika, Technologia Micro Electro Mechanical System i dobra konsumpcyjne.

W artykule omówiono w skrócie piezoelektryczne silniki ultradźwiękowe, czujniki ultradźwiękowe, czujniki piezoelektryczne, siłowniki piezoelektryczne, działanie USM, zalety, wady i zastosowania USM. Aby uzyskać więcej informacji dotyczących powyższych tematów, zamieść swoje zapytania, komentując poniżej.

Kredyty fotograficzne: