Pietsosähköisillä ultraäänimoottoreilla on kaksi merkittävää etua, nimittäin niiden korkea energiatiheys ja yksinkertainen rakenne, jotka molemmat edistävät niiden pienentämistä.Olemme rakentaneet prototyypin mikro-ultraäänimoottorin käyttämällä staattoria, jonka tilavuus on noin kuutiomillimetri.Kokeilumme ovat osoittaneet, että prototyyppimoottori tuottaa yli 10 μNm vääntömomentin yhden kuutiomillimetrin staattorilla.Tämä uusi moottori on nyt pienin mikro-ultraäänimoottori, joka on kehitetty käytännöllisellä vääntömomentilla.
Mikrotoimilaitteita tarvitaan lukuisiin sovelluksiin mobiililaitteista ja puetettavista laitteista minimaalisesti invasiivisiin lääkinnällisiin laitteisiin.Niiden valmistukseen liittyvät rajoitukset ovat kuitenkin rajoittaneet niiden käyttöönottoa yhden millimetrin mittakaavassa.Yleisimmät sähkömagneettiset moottorit vaativat monimutkaisten komponenttien, kuten kelojen, magneettien ja laakerien, pienentämistä, ja niissä on voimakasta vääntömomenttihäviötä skaalauksen vuoksi.Sähköstaattiset moottorit mahdollistavat erinomaisen skaalautuvuuden käyttämällä microelectromechanical system (MEMS) -tekniikkaa, mutta niiden heikko käyttövoima on rajoittanut niiden jatkokehitystä.
Pietsosähköisistä ultraäänimoottoreista odotetaan muodostuvan tehokkaita mikromoottoreita niiden suuren vääntömomenttitiheyden ja yksinkertaisten komponenttien vuoksi.Pienimmässä tähän mennessä raportoidussa ultraäänimoottorissa on metallikomponentti, jonka halkaisija on 0,25 mm ja pituus 1 mm.Sen kokonaiskoko esijännitysmekanismi mukaan lukien on kuitenkin 2-3 mm, ja sen vääntömomenttiarvo on liian pieni (47 nNm) käytettäväksi toimilaitteena monissa sovelluksissa.
Toyohashin teknillisen yliopiston tutkija Tomoaki Mashimo on kehittänyt mikro-ultraäänimoottoria, jossa on yhden kuutiomillimetrin staattori, kuten kuvassa 1 näkyy, ja se on myös yksi pienimmistä koskaan rakennetuista ultraäänimoottoreista.Staattori, joka koostuu metallikuutiosta, jossa on läpimenevä reikä ja sen sivuihin kiinnitetyt levypietsosähköiset elementit, voidaan pienentää ilman erityisiä työstö- tai kokoonpanomenetelmiä.Mikro-ultraäänimoottorin prototyyppi saavutti käytännöllisen vääntömomentin 10 μNm (jos hihnapyörän säde on 1 mm, moottori pystyy nostamaan 1 gramman painon) ja kulmanopeuden 3000 rpm noin 70 Vp-p.Tämä vääntömomenttiarvo on 200 kertaa suurempi kuin nykyisissä mikromoottoreissa, ja se on erittäin käytännöllinen pienten esineiden, kuten pienten antureiden ja mekaanisten osien, pyörittämiseen.
Postitusaika: 27.2.2018