Что такое ультразвуковой двигатель?

Что такое ультразвуковой двигатель?

Ультразвуковой двигатель — это тип двигателя, который использует ультразвуковые колебания для создания вращательного или линейного движения. В отличие от обычных электродвигателей, ультразвуковые двигатели работают без прямого контакта между вращающимися или движущимися частями. Этот уникальный механизм, включающий передачу ультразвуковых колебаний, обеспечивает практически бесшумную работу, что делает эти двигатели идеальными для использования в акустически чувствительных средах или в оборудовании, где важна тишина.

Ультразвуковые двигатели обеспечивают быстрое движение благодаря высокочастотным колебаниям, что подходит для приложений, требующих быстрого управления положением и высокоскоростного движения. Однако их применение, как правило, ограничивается небольшими устройствами. Они могут потребовать тщательной разработки и оценки нагрузки при использовании для больших нагрузок или высоких крутящих моментов.

Применение ультразвуковых двигателей

Ультразвуковые двигатели используются в различных приложениях:

1. Оптическое оборудование

В оптическом оборудовании, таком как камеры и видеокамеры, ультразвуковые двигатели используются для автоматической фокусировки и масштабирования. Их высокоскоростной отклик и бесшумная работа выгодны для регулировки фокусных расстояний и размеров линз с высокой точностью и плавным движением.

2. Медицинское оборудование

Эти двигатели являются неотъемлемой частью медицинских устройств, таких как эндоскопы и устройства эхо-визуализации. Присоединяясь к наконечникам эндоскопов, они обеспечивают точное позиционирование и контроль вибрации, помогая проводить точные медицинские процедуры и обследования. Их бесконтактная, бесшумная работа имеет жизненно важное значение для комфорта пациента и эффективного лечения. Ультразвуковые двигатели также полезны в периферийных устройствах МРТ из-за их невосприимчивости к магнитным силам.

3. Роботы

В робототехнике, особенно в роботизированных руках и манипуляторах, ультразвуковые двигатели выбирают за их точность и быстрый отклик, необходимые для точного управления движением и позиционирования в различных роботизированных приложениях, включая промышленных и медицинских роботов.

4. Электронные продукты

Потребительские электронные устройства, такие как смартфоны и планшеты, часто оснащены ультразвуковыми двигателями для обеспечения тактильной обратной связи и вибрационных оповещений.

Принцип работы ультразвуковых двигателей

Ультразвуковые двигатели обычно работают на основе пьезоэлектрического эффекта, используя такие материалы, как керамика или пьезоэлектрические кристаллы. Когда подается напряжение на частоте привода, соответствующей собственной частоте вибрации элемента, пьезоэлектрический элемент подвергается периодическому расширению и сжатию. Эта деформация производит ультразвуковые колебания, которые затем преобразуются во вращательное или линейное движение внутри двигателя.

Структура ультразвуковых двигателей

Типичная структура ультразвукового двигателя включает:

1. Преобразователь

Преобразователь генерирует ультразвуковые колебания, обеспечивая движущую силу для двигателя, часто используя пьезоэлектрические элементы.

2. Драйвер

Этот компонент получает вибрации от преобразователя, усиливая и преобразуя их в движение. Драйвер может иметь форму вращающегося вала или контактного кольца для линейного движения, часто взаимодействуя с пьезоэлектрическим элементом или другим усиливающим компонентом.

3. Ротор

Ротор, приводимый в движение драйвером, выполняет вращательное движение. Обычно это вращающийся вал или диск.

4. Статор

В отличие от ротора, статор управляет вращательным или линейным движением. Он принимает вибрации от преобразователя или драйвера и обеспечивает необходимую силу или ограничение.