Motor ultrassônico - Ultrasonic motor

Motor ultrassônico

Um motor ultrassônico é um tipo de motor piezoelétrico alimentado pela vibração ultrassônica de um componente, o estator , colocado contra outro componente, o rotor ou controle deslizante dependendo do esquema de operação (rotação ou translação linear). Os motores ultrassônicos diferem de outros motores piezoelétricos de várias maneiras, embora ambos usem normalmente alguma forma de material piezoelétrico, na maioria das vezes titanato de zirconato de chumbo e, ocasionalmente, niobato de lítio ou outros materiais de cristal único . A diferença mais óbvia é o uso da ressonância para amplificar a vibração do estator em contato com o rotor em motores ultrassônicos. Os motores ultrassônicos também oferecem distâncias de rotação ou deslizamento arbitrariamente grandes, enquanto os atuadores piezoelétricos são limitados pela deformação estática que pode ser induzida no elemento piezoelétrico.

Uma aplicação comum de motores ultrassônicos é em lentes de câmeras, onde são usados ​​para mover elementos de lentes como parte do sistema de foco automático. Os motores ultrassônicos substituem o micro-motor mais barulhento e frequentemente mais lento nesta aplicação.

Mecanismo

O atrito seco é frequentemente usado em contato, e a vibração ultrassônica induzida no estator é usada para transmitir movimento ao rotor e para modular as forças de atrito presentes na interface. A modulação de fricção permite o movimento em massa do rotor (ou seja, por mais de um ciclo de vibração); sem essa modulação, os motores ultrassônicos não funcionariam.

Duas maneiras diferentes estão geralmente disponíveis para controlar o atrito ao longo da interface de contato estator-rotor, vibração de onda progressiva e vibração de onda estacionária . Algumas das primeiras versões de motores práticos na década de 1970, por Sashida, por exemplo, usavam vibração de onda estacionária em combinação com aletas colocadas em um ângulo com a superfície de contato para formar um motor, embora girasse em uma única direção. Projetos posteriores de Sashida e pesquisadores da Matsushita , ALPS e Canon usaram a vibração das ondas viajantes para obter movimento bidirecional e descobriram que esse arranjo oferecia melhor eficiência e menos desgaste da interface de contato. Um motor ultrassônico de 'transdutor híbrido' de torque excepcionalmente alto usa elementos piezoelétricos polidos circunferencialmente e axialmente polidos para combinar vibração axial e torcional ao longo da interface de contato, representando uma técnica de condução que fica em algum lugar entre os métodos de condução de onda progressiva e estacionária.

Uma observação chave no estudo de motores ultrassônicos é que o pico de vibração que pode ser induzido em estruturas ocorre a uma velocidade de vibração relativamente constante, independentemente da frequência. A velocidade de vibração é simplesmente a derivada do tempo do deslocamento da vibração em uma estrutura e não está (diretamente) relacionada à velocidade de propagação da onda dentro de uma estrutura. Muitos materiais de engenharia adequados para vibração permitem um pico de velocidade de vibração de cerca de 1 m / s. Em baixas frequências - digamos, 50 Hz - uma velocidade de vibração de 1 m / s em um woofer daria deslocamentos de cerca de 10 mm, o que é visível. À medida que a frequência aumenta, o deslocamento diminui e a aceleração aumenta. À medida que a vibração se torna inaudível em 20 kHz ou mais, os deslocamentos de vibração são da ordem de dezenas de micrômetros e foram construídos motores que operam usando onda acústica de superfície (SAW) de 50 MHz que tem vibrações de apenas alguns nanômetros de magnitude. Tais dispositivos requerem cuidado na construção para atender a precisão necessária para fazer uso desses movimentos dentro do estator.

Mais geralmente, existem dois tipos de motores, de contato e sem contato, o último dos quais é raro e requer um fluido de trabalho para transmitir as vibrações ultrassônicas do estator em direção ao rotor. A maioria das versões usa ar, como algumas das primeiras versões de Hu Junhui. A pesquisa nesta área continua, particularmente em levitação acústica de campo próximo para este tipo de aplicação. (Isso é diferente da levitação acústica de campo distante , que suspende o objeto na metade a vários comprimentos de onda de distância do objeto em vibração.)

Formulários

A Canon foi uma das pioneiras do motor ultrassônico e tornou o "USM" famoso no final dos anos 1980, incorporando-o em suas lentes de foco automático para a montagem de lente EF Canon . Inúmeras patentes de motores ultrassônicos foram registradas pela Canon, sua principal rival na fabricação de lentes, a Nikon , e outras empresas industriais desde o início dos anos 1980. A Canon não apenas incluiu um motor ultrassônico (USM) em suas lentes DSLR, mas também na câmera ponte Canon PowerShot SX1 IS . O motor ultrassônico agora é usado em muitos eletrônicos de consumo e de escritório que exigem rotações de precisão por longos períodos de tempo.

A tecnologia foi aplicada a lentes fotográficas por uma variedade de empresas sob diferentes nomes:

  • Canon - USM , Motor UltraSonic
  • Minolta , Konica Minolta , Sony - SSM , Super Sonic wave Motor (motor de anel)
  • Nikon - SWM , Motor de onda silenciosa
  • Olympus - SWD , Supersonic Wave Drive
  • Panasonic - XSM , motor extra silencioso
  • Pentax - SDM , Motor Dinâmico Supersônico
  • Sigma - HSM , Motor Hyper Sonic
  • Sony - DDSSM , Direct Drive Super Sonic wave Motor (motor linear)
  • Tamron - USD , Ultrasonic Silent Drive; PZD , Piezo Drive
  • Actuated Medical, Inc. - Direct Drive , motor ultrassônico compatível com ressonância magnética

Veja também

Referências

Em geral
  • Certificado de autoria nº 217509 "Electric Engine", Lavrinenko V., Necrasov M., pedido nº 1006424 de 10 de maio de 1965.
  • Patente US nº 4.019.073, 1975.
  • Patente US # 4.453.103, 1982.
  • Patente US nº 4.400.641, 1982.
  • Motores piezoelétricos. Lavrinenko V., Kartashev I., Vishnevskyi V., "Energiya" 1980.
  • V. Snitka, V. Mizariene e D. Zukauskas O status dos motores ultrassônicos na ex-União Soviética, Ultrasonics, Volume 34, Edições 2–5, junho de 1996, Páginas 247-250
  • Princípios de construção de motores piezoelétricos. V. Lavrinenko, ISBN  978-3-659-51406-7 , "Lambert", 2015, 236p.

links externos