Piezoelektrische Ultraschallmotoren haben zwei wesentliche Vorteile, nämlich ihre hohe Energiedichte und ihren einfachen Aufbau, die beide zu ihrer Miniaturisierung beitragen.Wir haben einen Prototyp eines Mikro-Ultraschallmotors mit einem Stator mit einem Volumen von etwa einem Kubikmillimeter gebaut.Unsere Experimente haben gezeigt, dass der Prototypmotor mit einem Stator von einem Kubikmillimeter ein Drehmoment von mehr als 10 μNm erzeugt.Dieser neuartige Motor ist nun der kleinste Mikro-Ultraschallmotor, der mit einem praxistauglichen Drehmoment entwickelt wurde.
Mikroaktoren werden für zahlreiche Anwendungen benötigt, die von mobilen und tragbaren Geräten bis hin zu minimalinvasiven medizinischen Geräten reichen.Die mit ihrer Herstellung verbundenen Beschränkungen haben jedoch ihren Einsatz im Ein-Millimeter-Maßstab eingeschränkt.Die gebräuchlichsten elektromagnetischen Motoren erfordern die Miniaturisierung vieler komplizierter Komponenten wie Spulen, Magnete und Lager und weisen aufgrund der Skalierung eine starke Drehmomentdissipation auf.Elektrostatische Motoren ermöglichen eine hervorragende Skalierbarkeit durch die Verwendung der Technologie mikroelektromechanischer Systeme (MEMS), aber ihre schwache Antriebskraft hat ihre weitere Entwicklung begrenzt.
Von piezoelektrischen Ultraschallmotoren wird erwartet, dass sie aufgrund ihrer hohen Drehmomentdichte und ihrer einfachen Komponenten zu Hochleistungs-Mikromotoren werden.Der kleinste bisher gemeldete existierende Ultraschallmotor hat eine metallische Komponente mit einem Durchmesser von 0,25 mm und einer Länge von 1 mm.Seine Gesamtgröße einschließlich des Vorspannmechanismus beträgt jedoch 2–3 mm, und sein Drehmomentwert ist zu klein (47 nNm), um in vielen Anwendungen als Aktuator verwendet zu werden.
Tomoaki Mashimo, ein Forscher an der Toyohashi University of Technology, hat einen Mikro-Ultraschallmotor mit einem Stator von einem Kubikmillimeter entwickelt, wie in Abb. 1 gezeigt, und es ist auch einer der kleinsten jemals gebauten Ultraschallmotoren.Der Stator, der einen metallischen Würfel mit einem Durchgangsloch und an seinen Seiten angeklebten piezoelektrischen Plattenelementen umfasst, kann verkleinert werden, ohne dass spezielle Bearbeitungs- oder Montageverfahren erforderlich sind.Der Prototyp des Mikro-Ultraschallmotors erreichte ein praktisches Drehmoment von 10 μNm (wenn die Riemenscheibe einen Radius von 1 mm hat, kann der Motor ein Gewicht von 1 g heben) und eine Winkelgeschwindigkeit von 3000 U/min bei ungefähr 70 Vp-p.Dieser Drehmomentwert ist 200-mal größer als der von bestehenden Mikromotoren und ist sehr praktisch zum Drehen kleiner Objekte wie kleiner Sensoren und mechanischer Teile.
Postzeit: 27. Februar 2018