Piezoelektriske ultralydsmotorer har to væsentlige fordele, nemlig deres høje energitæthed og deres enkle struktur, som begge bidrager til deres miniaturisering.Vi har bygget en prototype mikro-ultralydsmotor ved hjælp af en stator med et volumen på cirka en kubikmillimeter.Vores eksperimenter har vist, at prototypemotoren genererer et drejningsmoment på mere end 10 μNm med en en kubikmillimeter stator.Denne nye motor er nu den mindste mikro-ultralydsmotor, der er udviklet med et praktisk drejningsmoment.
Mikroaktuatorer er nødvendige til adskillige applikationer, lige fra mobile og bærbare enheder til minimalt invasive medicinske enheder.Begrænsningerne forbundet med deres fremstilling har imidlertid begrænset deres udbredelse på en millimeter skala.De mest almindelige elektromagnetiske motorer kræver miniaturisering af mange komplicerede komponenter såsom spoler, magneter og lejer og udviser alvorlig drejningsmomenttab på grund af skalering.Elektrostatiske motorer muliggør fremragende skalerbarhed ved at bruge mikroelektromekaniske systemer (MEMS) teknologi, men deres svage drivkraft har begrænset deres videre udvikling.
Piezoelektriske ultralydsmotorer forventes at blive højtydende mikromotorer på grund af deres høje momenttæthed og enkle komponenter.Den mindste eksisterende ultralydsmotor, der er rapporteret til dato, har en metallisk komponent med en diameter på 0,25 mm og en længde på 1 mm.Dens samlede størrelse, inklusive forspændingsmekanismen, udgør dog 2-3 mm, og dens drejningsmomentværdi er for lille (47 nNm) til brug som aktuator i mange applikationer.
Tomoaki Mashimo, en forsker ved Toyohashi University of Technology, har udviklet en mikro-ultralydsmotor med en en kubikmillimeter stator, som vist i fig. 1, og det er også en af de mindste ultralydsmotorer, der nogensinde er bygget.Statoren, som består af en metallisk terning med et gennemgående hul og plade-piezoelektriske elementer klæbet til dens sider, kan skaleres ned uden at kræve nogen speciel bearbejdning eller monteringsmetoder.Prototypen af mikro-ultralydsmotoren opnåede et praktisk drejningsmoment på 10 μNm (hvis remskiven har en radius på 1 mm, kan motoren løfte en 1-g vægt) og en vinkelhastighed på 3000 rpm ved ca. 70 Vp-p.Denne drejningsmomentværdi er 200 gange større end den for eksisterende mikromotorer og er meget praktisk til at rotere små genstande såsom små sensorer og mekaniske dele.
Indlægstid: 27. februar 2018