Οι πιεζοηλεκτρικοί κινητήρες υπερήχων έχουν δύο σημαντικά πλεονεκτήματα, δηλαδή την υψηλή ενεργειακή τους πυκνότητα και την απλή δομή τους, που και τα δύο συμβάλλουν στη μικροποίησή τους.Κατασκευάσαμε ένα πρωτότυπο μοτέρ μικρουπερήχων με χρήση στάτορα με όγκο περίπου ένα κυβικό χιλιοστό.Τα πειράματά μας έδειξαν ότι ο πρωτότυπος κινητήρας παράγει ροπή μεγαλύτερη από 10 μNm με στάτορα ενός κυβικού χιλιοστού.Αυτός ο νέος κινητήρας είναι τώρα ο μικρότερος κινητήρας μικρού υπερήχων που έχει αναπτυχθεί με πρακτική ροπή.
Οι μικροενεργοποιητές χρειάζονται για πολλές εφαρμογές, που κυμαίνονται από φορητές και φορητές συσκευές έως ελάχιστα επεμβατικές ιατρικές συσκευές.Ωστόσο, οι περιορισμοί που σχετίζονται με την κατασκευή τους έχουν περιορίσει την ανάπτυξή τους σε κλίμακα ενός χιλιοστού.Οι πιο συνηθισμένοι ηλεκτρομαγνητικοί κινητήρες απαιτούν τη σμίκρυνση πολλών περίπλοκων εξαρτημάτων όπως πηνία, μαγνήτες και ρουλεμάν, και παρουσιάζουν σοβαρή διάχυση της ροπής λόγω της κλιμάκωσης.Οι ηλεκτροστατικοί κινητήρες επιτρέπουν εξαιρετική επεκτασιμότητα χρησιμοποιώντας τεχνολογία μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων (MEMS), αλλά η αδύναμη κινητήρια δύναμη τους έχει περιορίσει την περαιτέρω ανάπτυξή τους.
Οι πιεζοηλεκτρικοί κινητήρες υπερήχων αναμένεται να γίνουν μικροκινητήρες υψηλής απόδοσης λόγω της υψηλής πυκνότητας ροπής και των απλών εξαρτημάτων τους.Ο μικρότερος υπάρχων υπερηχητικός κινητήρας που έχει αναφερθεί μέχρι σήμερα έχει μεταλλικό εξάρτημα με διάμετρο 0,25 mm και μήκος 1 mm.Ωστόσο, το συνολικό του μέγεθος, συμπεριλαμβανομένου του μηχανισμού προφόρτισης, ανέρχεται σε 2-3 mm και η τιμή ροπής του είναι πολύ μικρή (47 nNm) για χρήση ως ενεργοποιητής σε πολλές εφαρμογές.
Ο Tomoaki Mashimo, ερευνητής στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Toyohashi, έχει αναπτύξει έναν μικροκινητήρα υπερήχων με στάτορα ενός κυβικού χιλιοστού, όπως φαίνεται στο Σχ. 1, και είναι επίσης ένας από τους μικρότερους κινητήρες υπερήχων που κατασκευάστηκαν ποτέ.Ο στάτορας, ο οποίος αποτελείται από έναν μεταλλικό κύβο με διαμπερή οπή και πιεζοηλεκτρικά στοιχεία πλάκας προσκολλημένα στις πλευρές του, μπορεί να μειωθεί χωρίς να απαιτούνται ειδικές μέθοδοι κατεργασίας ή συναρμολόγησης.Ο πρωτότυπος κινητήρας μικρουπερήχων πέτυχε πρακτική ροπή 10 μNm (Εάν η τροχαλία έχει ακτίνα 1 mm, ο κινητήρας μπορεί να σηκώσει βάρος 1 g) και γωνιακή ταχύτητα 3000 rpm περίπου στα 70 Vp-p.Αυτή η τιμή ροπής είναι 200 φορές μεγαλύτερη από αυτή των υπαρχόντων μικροκινητήρων και είναι πολύ πρακτική για την περιστροφή μικρών αντικειμένων όπως μικρούς αισθητήρες και μηχανικά μέρη.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-27-2018