Razkritje najmanjših in najmočnejših mikro motorjev na svetu

Razkritje najmanjših in najmočnejših mikro motorjev na svetu

Piezoelektrični ultrazvočni motorji imajo dve pomembni prednosti, in sicer njihovo visoko energijsko gostoto in preprosto strukturo, ki prispevata k njihovi miniaturizaciji.Izdelali smo prototip mikro ultrazvočnega motorja z uporabo statorja s prostornino približno en kubični milimeter.Naši poskusi so pokazali, da prototipni motor ustvarja navor več kot 10 μNm s statorjem velikosti enega kubičnega milimetra.Ta novi motor je zdaj najmanjši mikro ultrazvočni motor, ki je bil razvit s praktičnim navorom.

TIM 片20180227141052

Mikro aktuatorji so potrebni za številne aplikacije, od mobilnih in nosljivih naprav do minimalno invazivnih medicinskih naprav.Vendar pa so omejitve, povezane z njihovo izdelavo, omejile njihovo uporabo na lestvici enega milimetra.Najpogostejši elektromagnetni motorji zahtevajo miniaturizacijo številnih zapletenih komponent, kot so tuljave, magneti in ležaji, in kažejo močno disipacijo navora zaradi skaliranja.Elektrostatični motorji omogočajo odlično skalabilnost z uporabo tehnologije mikroelektromehanskih sistemov (MEMS), vendar je njihova šibka gonilna sila omejila njihov nadaljnji razvoj.
Pričakuje se, da bodo piezoelektrični ultrazvočni motorji postali visoko zmogljivi mikromotorji zaradi visoke gostote navora in preprostih komponent.Najmanjši obstoječi ultrazvočni motor, o katerem so poročali do danes, ima kovinsko komponento s premerom 0,25 mm in dolžino 1 mm.Vendar pa njegova skupna velikost, vključno z mehanizmom prednapetosti, znaša 2-3 mm, njegova vrednost navora pa je premajhna (47 nNm) za uporabo kot aktuator v številnih aplikacijah.
Tomoaki Mashimo, raziskovalec na Tehnološki univerzi Toyohashi, je razvijal mikro ultrazvočni motor s statorjem z enim kubičnim milimetrom, kot je prikazano na sliki 1, in je tudi eden najmanjših ultrazvočnih motorjev, ki so bili kdaj izdelani.Stator, ki je sestavljen iz kovinske kocke s skoznjo luknjo in ploščatih piezoelektričnih elementov, pritrjenih na njegove stranice, je mogoče zmanjšati, ne da bi zahtevali kakršne koli posebne strojne obdelave ali metode sestavljanja.Prototipni mikro ultrazvočni motor je dosegel praktični navor 10 μNm (če ima jermenica polmer 1 mm, lahko motor dvigne utež 1 g) in kotno hitrost 3000 vrt/min pri približno 70 Vp-p.Ta vrednost navora je 200-krat večja kot pri obstoječih mikromotorjih in je zelo praktična za vrtenje majhnih predmetov, kot so majhni senzorji in mehanski deli.


Čas objave: 27. februarja 2018