Piezoelektriska ultraljudsmotorer har två betydande fördelar, nämligen deras höga energitäthet och deras enkla struktur, som båda bidrar till deras miniatyrisering.Vi har byggt en prototyp av mikro-ultraljudsmotor med en stator med en volym på cirka en kubikmillimeter.Våra experiment har visat att prototypmotorn genererar ett vridmoment på mer än 10 μNm med en en kubikmillimeters stator.Denna nya motor är nu den minsta mikro-ultraljudsmotorn som har utvecklats med ett praktiskt vridmoment.
Mikroaktuatorer behövs för många applikationer, allt från mobila och bärbara enheter till minimalt invasiva medicinska apparater.De begränsningar som är förknippade med deras tillverkning har dock begränsat deras användning i en millimetersskala.De vanligaste elektromagnetiska motorerna kräver miniatyrisering av många komplicerade komponenter såsom spolar, magneter och lager, och uppvisar kraftig vridmomentförlust på grund av skalningen.Elektrostatiska motorer möjliggör utmärkt skalbarhet genom att använda teknik för mikroelektromekaniska system (MEMS), men deras svaga drivkraft har begränsat deras vidareutveckling.
Piezoelektriska ultraljudsmotorer förväntas bli högpresterande mikromotorer på grund av deras höga vridmomentdensitet och enkla komponenter.Den minsta befintliga ultraljudsmotorn som hittills rapporterats har en metallkomponent med en diameter på 0,25 mm och en längd på 1 mm.Dess totala storlek, inklusive förspänningsmekanismen, uppgår dock till 2-3 mm, och dess vridmomentvärde är för litet (47 nNm) för användning som ställdon i många applikationer.
Tomoaki Mashimo, en forskare vid Toyohashi University of Technology, har utvecklat en mikro-ultraljudsmotor med en en kubikmillimeters stator, som visas i Fig. 1, och det är också en av de minsta ultraljudsmotorerna som någonsin byggts.Statorn, som består av en metallkub med ett genomgående hål och platt-piezoelektriska element fästa på dess sidor, kan skalas ner utan att det krävs några speciella bearbetnings- eller monteringsmetoder.Prototypen av mikro-ultraljudsmotorn uppnådde ett praktiskt vridmoment på 10 μNm (om remskivan har en radie på 1 mm kan motorn lyfta en 1-g vikt) och en vinkelhastighet på 3000 rpm vid cirka 70 Vp-p.Detta vridmomentvärde är 200 gånger större än det för befintliga mikromotorer och är mycket praktiskt för att rotera små föremål som små sensorer och mekaniska delar.
Posttid: 2018-02-27