Пиезоелектричните ултразвукови двигатели имат две значителни предимства, а именно тяхната висока енергийна плътност и тяхната проста структура, които и двете допринасят за тяхната миниатюризация.Изградихме прототип на микро ултразвуков двигател, използвайки статор с обем от приблизително един кубичен милиметър.Нашите експерименти показаха, че прототипът на двигателя генерира въртящ момент от повече от 10 μNm със статор от един кубичен милиметър.Този нов двигател сега е най-малкият микро ултразвуков двигател, който е разработен с практичен въртящ момент.
Микрозадвижващите механизми са необходими за множество приложения, вариращи от мобилни и носими устройства до минимално инвазивни медицински устройства.Въпреки това, ограниченията, свързани с тяхното производство, ограничиха тяхното разполагане в мащаб от един милиметър.Най-разпространените електромагнитни двигатели изискват миниатюризацията на много сложни компоненти като намотки, магнити и лагери и показват силно разсейване на въртящия момент поради мащабирането.Електростатичните двигатели позволяват отлична мащабируемост чрез използване на технологията на микроелектромеханичните системи (MEMS), но слабата им движеща сила ограничава по-нататъшното им развитие.
Очаква се пиезоелектричните ултразвукови двигатели да станат микромотори с висока производителност поради тяхната висока плътност на въртящия момент и прости компоненти.Най-малкият съществуващ ултразвуков двигател, докладван до момента, има метален компонент с диаметър 0,25 mm и дължина 1 mm.Общият му размер обаче, включително механизма за предварително натоварване, възлиза на 2-3 mm, а стойността на въртящия момент е твърде малка (47 nNm) за използване като задвижващ механизъм в много приложения.
Томоаки Машимо, изследовател в Технологичния университет на Тойохаши, разработва микро ултразвуков двигател със статор от един кубичен милиметър, както е показано на фиг. 1, и също така е един от най-малките ултразвукови двигатели, създавани някога.Статорът, който се състои от метален куб с проходен отвор и пластинчати пиезоелектрични елементи, залепени към страните му, може да бъде намален, без да се изискват специални методи за обработка или сглобяване.Прототипът на микро ултразвуков двигател постигна практически въртящ момент от 10 μNm (ако макарата има радиус от 1 mm, моторът може да повдигне тежест от 1 g) и ъглова скорост от 3000 rpm при приблизително 70 Vp-p.Тази стойност на въртящия момент е 200 пъти по-голяма от тази на съществуващите микромотори и е много практична за въртене на малки обекти като малки сензори и механични части.
Време на публикуване: 27 февруари 2018 г