Пьезоэлектрические ультразвуковые двигатели имеют два существенных преимущества, а именно высокую плотность энергии и простую конструкцию, что способствует их миниатюризации.Мы построили прототип микро ультразвукового двигателя, используя статор объемом примерно один кубический миллиметр.Наши эксперименты показали, что двигатель-прототип создает крутящий момент более 10 мкНм со статором в один кубический миллиметр.Этот новый двигатель теперь является самым маленьким микро-ультразвуковым двигателем, который был разработан с практическим крутящим моментом.
Микроприводы необходимы для множества приложений, начиная от мобильных и носимых устройств и заканчивая минимально инвазивными медицинскими устройствами.Однако ограничения, связанные с их изготовлением, ограничили их развертывание в масштабе одного миллиметра.Наиболее распространенные электромагнитные двигатели требуют миниатюризации многих сложных компонентов, таких как катушки, магниты и подшипники, и демонстрируют сильное рассеивание крутящего момента из-за масштабирования.Электростатические двигатели обеспечивают отличную масштабируемость за счет использования технологии микроэлектромеханических систем (MEMS), но их слабая движущая сила ограничивает их дальнейшее развитие.
Ожидается, что пьезоэлектрические ультразвуковые двигатели станут высокопроизводительными микродвигателями из-за их высокой плотности крутящего момента и простых компонентов.На сегодняшний день самый маленький из существующих ультразвуковых двигателей имеет металлический компонент диаметром 0,25 мм и длиной 1 мм.Однако его общий размер, включая механизм предварительного натяга, составляет 2-3 мм, а значение крутящего момента слишком мало (47 нНм) для использования в качестве исполнительного механизма во многих приложениях.
Томоаки Машимо, исследователь из Технологического университета Тойохаси, разработал микро-ультразвуковой двигатель со статором в один кубический миллиметр, как показано на рис. 1, и это также один из самых маленьких ультразвуковых двигателей, когда-либо созданных.Статор, представляющий собой металлический куб со сквозным отверстием и пластинчато-пьезоэлектрическими элементами, приклеенными к его сторонам, может быть уменьшен без применения каких-либо специальных методов механической обработки или сборки.Микро-ультразвуковой двигатель-прототип достиг практического крутящего момента 10 мкНм (если шкив имеет радиус 1 мм, двигатель может поднять груз массой 1 г) и угловую скорость 3000 об/мин при приблизительно 70 Впик-пик.Это значение крутящего момента в 200 раз больше, чем у существующих микродвигателей, и очень удобно для вращения небольших объектов, таких как небольшие датчики и механические детали.
Время публикации: 27 февраля 2018 г.