I motori a ultrasuoni furono inventati nel 1965 da V.V Lavrinko. In generale siamo consapevoli del fatto che la forza motrice è data dal campo elettromagnetico nei motori convenzionali. Ma, qui per fornire una forza motrice, questi motori utilizzano il effetto piezoelettrico negli ultrasuoni gamma di frequenza, che va da 20 kHz a 10 MHz e non è udibile da persone normali. Quindi, è definita tecnologia USM piezoelettrica. La tecnologia a ultrasuoni viene utilizzata dagli USM che utilizzano la potenza di vibrazione ultrasonica di un componente per il loro funzionamento.

Motore ultrasonico

Prima di discutere in dettaglio di questa tecnologia, dobbiamo conoscere le informazioni riguardanti il sensori a ultrasuoni , sensori piezoelettrici e attuatori piezoelettrici.

Sensore piezoelettrico

sensore piezoelettrico

I cambiamenti nelle grandezze fisiche come tensione, forza, stress e accelerazione possono essere misurati convertendoli in energia elettrica. I dispositivi o sensori che vengono utilizzati per questo processo sono chiamati sensori piezoelettrici. E questo processo è definito come effetto piezoelettrico . Se viene applicata una tensione attraverso un cristallo, la pressione verrà posta sugli atomi del cristallo provocando una deformazione degli atomi che è solo dello 0,1%.

Sensore ultrasonico

I trasduttori che generano onde sonore ad alta frequenza - una frequenza da circa 20 kHz a 10 MHz - e attribuiscono il target leggendo l'intervallo di tempo tra la ricezione dell'eco dopo l'invio del segnale sono chiamati sensori a ultrasuoni. Quindi, I sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati per il rilevamento degli ostacoli e per evitare la collisione.

“Controllo motore a corrente alternata trifase ”

Attuatore piezoelettrico

attuatore piezoelettrico

Per la regolazione fine delle lenti di una telecamera, specchio, utensili di lavorazione e altre apparecchiature simili è necessario un preciso controllo del movimento, questo preciso controllo del movimento può essere ottenuto dagli attuatori piezoelettrici. Il segnale elettrico può essere convertito in uno spostamento fisico controllato con precisione utilizzando un attuatore piezoelettrico. Questi sono usati per controllare le valvole idrauliche e motori per usi speciali.

Tecnologia del motore ultrasonico piezoelettrico

Semplicemente possiamo chiamare la tecnologia ad ultrasuoni come inversa dell'effetto piezoelettrico perché, in questo caso, il energia elettrica viene convertito in movimento. Quindi, possiamo chiamarla tecnologia USM piezoelettrica.

Il materiale piezoelettrico denominato piombo zirconato titanato e quarzo viene utilizzato molto spesso per gli USM e anche per gli attuatori piezoelettrici anche se gli attuatori piezoelettrici sono diversi dagli USM. I materiali come il niobato di litio e alcuni altri materiali monocristallini vengono utilizzati anche per gli USM e la tecnologia piezoelettrica.
La principale differenza tra gli attuatori piezoelettrici e gli USM è indicata dalla vibrazione dello statore a contatto con il rotore, che può essere amplificata utilizzando la risonanza. L'ampiezza del movimento dell'attuatore è compresa tra 20 e 200 nm.

Tipi di motori a ultrasuoni

Gli USM sono classificati in diversi tipi in base a criteri diversi, che sono i seguenti:

Classificazione degli USM in base al tipo di operazione di rotazione del motore

Motori di tipo rotativo
Motori di tipo lineare

Classificazione degli USM in base alla forma del vibratore

Tipo di asta
П sagomato
Di forma cilindrica
Tipo ad anello (quadrato)

Classificazione basata sul tipo di onda di vibrazione

Tipo di onda stazionaria: è ulteriormente classificato in due tipi:

Unidirezionale
Bidirezionale

Tipo di onda di propagazione o tipo di onda viaggiante

Funzionamento dei motori a ultrasuoni

Motore ultrasonico funzionante

La vibrazione viene indotta nello statore del motore e viene utilizzata per convogliare il moto al rotore e anche per modulare le forze di attrito. L'amplificazione e le (micro) deformazioni del materiale attivo vengono utilizzate per la generazione del moto meccanico. Il macro-movimento del rotore può essere ottenuto rettificando il micro-movimento utilizzando l'interfaccia di attrito tra il statore e rotore .

Il motore ultrasonico è costituito da statore e rotore. Il funzionamento dell'USM cambia il rotore o il traduttore lineare. Lo statore dell'USM è costituito da ceramica piezoelettrica per generare vibrazioni, un metallo dello statore per amplificare la vibrazione generata e un materiale di attrito per entrare in contatto con il rotore.

Ogni volta che viene applicata tensione, sulla superficie del metallo dello statore viene generata un'onda viaggiante che fa ruotare il rotore. Poiché il rotore è in contatto con il metallo dello statore, come detto sopra - ma solo ad ogni picco dell'onda viaggiante - che provoca il movimento ellittico - e, con questo movimento ellittico, il rotore ruota nella direzione opposta alla direzione del onda viaggiante.

Caratteristiche e pregi dei motori a ultrasuoni

Questi sono di piccole dimensioni e sono eccellenti in risposta.
Questi hanno una bassa velocità da dieci a diverse centinaia di giri / min e una coppia elevata, quindi non sono necessari riduttori.
Questi consistono in una potenza di tenuta elevata e, anche se l'alimentazione è spenta, non hanno bisogno di freno e frizione.
Sono piccoli, sottili e hanno un peso inferiore rispetto ad altri motori elettromagnetici.
Questi motori non contengono alcun materiale elettromagnetico e non generano onde elettromagnetiche. Quindi, questi possono essere utilizzati anche in aree ad alto campo magnetico poiché non sono influenzati dal campo magnetico.
Questi motori non hanno ingranaggi e una vibrazione di frequenza non udibile viene utilizzata per azionare questi motori. Quindi, non generano alcun rumore e il loro funzionamento è molto silenzioso.
Con questi motori è possibile un controllo accurato della velocità e della posizione.
La costante di tempo meccanica per questi motori è inferiore a 1 ms e il controllo della velocità per questi motori è un passo in meno.
Questi motori hanno un'efficienza molto elevata e la loro efficienza è insensibile alle loro dimensioni.

Demeriti dei motori a ultrasuoni

È necessaria un'alimentazione ad alta frequenza.
Poiché questi motori funzionano per attrito, la durata è molto inferiore.
Questi motori hanno caratteristiche di coppia di velocità cadenti.

Applicazioni dei motori a ultrasuoni

Utilizzato per l'autofocus dell'obiettivo della fotocamera.
Utilizzato in dispositivi di manipolazione della carta e orologi compatti.
Utilizzato nel trasporto di parti di macchine.
Utilizzato per l'asciugatura e la pulizia ad ultrasuoni.
Utilizzato per iniettare olio nei bruciatori.
Utilizzato come i migliori motori noti per offrire un alto potenziale di miniaturizzazione delle apparecchiature.
Utilizzato nella risonanza magnetica per immagini in medicina.
Utilizzato per controllare le testine del disco del computer come floppy, hard disk e unità CD.
Utilizzato in molte applicazioni nei campi della medicina, aerospaziale e robotica .
Utilizzato per controllare automaticamente lo schermo scorrevole.
In futuro, questi motori potrebbero trovare applicazioni in campi come l'industria automobilistica, il nano-posizionamento, la microelettronica, Tecnologia Micro Electro Mechanical System e beni di consumo.

Questo articolo discute sui motori a ultrasuoni piezoelettrici, sensori a ultrasuoni, sensori piezoelettrici, attuatori piezoelettrici, funzionamento degli USM, meriti, demeriti e applicazioni degli USM in breve. Per ulteriori informazioni sugli argomenti di cui sopra, invia le tue domande commentando di seguito.

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