Els motors d'ultrasons van ser inventats el 1965 per V.V Lavrinko. En general, som conscients del fet que la força motiva ve donada pel camp electromagnètic dels motors convencionals. Però, aquí per proporcionar una força motriu, aquests motors utilitzen el efecte piezoelèctric als ultrasons rang de freqüències, que oscil·la entre els 20 kHz i els 10 MHz i no és audible per als éssers humans normals. Per tant, s’anomena tecnologia USM piezoelèctrica. La tecnologia d'ultrasons la fan servir els USM que utilitzen la potència de vibració d'ultrasons d'un component per al seu funcionament.

Motor d'ultrasons

Abans de debatre detalladament sobre aquesta tecnologia, hem de conèixer la informació relativa a sensors d'ultrasons , sensors piezoelèctrics i actuadors piezoelèctrics.

Sensor piezoelèctric

sensor piezoelèctric

Els canvis en les quantitats físiques com la tensió, la força, la tensió i l’acceleració es poden mesurar convertint-les en energia elèctrica. Els dispositius o sensors que s’utilitzen per a aquest procés s’anomenen sensors piezoelèctrics. I aquest procés es denomina efecte piezoelèctric . Si s'aplica una tensió a través d'un cristall, la pressió es posarà sobre els àtoms del cristall provocant una deformació dels àtoms que només és del 0,1%.

Sensor d'ultrasons

Els transductors que generen alta freqüència (una freqüència d’entre 20 kHz i 10 MHz d’ones sonores) i que atribueixen l’objectiu llegint l’interval de temps entre la recepció del ressò després d’enviar el senyal s’anomenen sensors ultrasònics. Per tant, Els sensors d’ultrasons es poden utilitzar per a la detecció d’obstacles i per evitar col·lisions.

Actuador piezoelèctric

actuador piezoelèctric

Per a l'ajust fi de les lents d'una càmera, mirall, eines de mecanitzat i altres equips similars, es requereix un control precís del moviment, mitjançant els actuadors piezoelèctrics es pot aconseguir un control precís del moviment. El senyal elèctric es pot convertir en un desplaçament físic controlat amb precisió mitjançant un actuador piezoelèctric. S’utilitzen per controlar les vàlvules hidràuliques i els motors per a usos especials.

“com funciona un tub de raigs catòdics ”

Tecnologia de motors ultrasònics piezoelèctrics

Simplement podem anomenar la tecnologia ultrasònica com a inversa de l'efecte piezoelèctric perquè, en aquest cas, la energia elèctrica es converteix en moviment. Per tant, podem anomenar-la com a tecnologia USM piezoelèctrica.

El material piezoelèctric anomenat titanat de zirconat de plom i quars s'utilitza molt sovint per a operadors USM i també per a actuadors piezoelèctrics, tot i que els actuadors piezoelèctrics són diferents dels USM. Els materials com el niobat de liti i alguns altres materials monocristall també s’utilitzen per a tecnologia USM i piezoelèctrica.
La principal diferència entre els actuadors piezoelèctrics i els USM s’expressa com la vibració de l’estator en contacte amb el rotor, que es pot amplificar mitjançant la ressonància. L’amplitud del moviment de l’actuador oscil·la entre els 20 i els 200 nm.

Tipus de motors per ultrasons

Els USM es classifiquen en diferents tipus segons diferents criteris, que són els següents:

Classificació dels USM segons el tipus d’operació de rotació del motor

Motors rotatius
Motors de tipus lineal

Classificació dels USM segons la forma del vibrador

Tipus de vareta
En forma de П
De forma cilíndrica
Tipus d'anell (quadrat)

Classificació basada en el tipus d'ona de vibració

Tipus d'ona estacionària: es classifica a més en dos tipus:

Unidireccional
Bidireccional

Tipus d'ona propagant o tipus d'ona viatjant

Funcionament dels motors d'ultrasons

Funcionament del motor per ultrasons

La vibració s'indueix a l'estator del motor i s'utilitza per transmetre el moviment al rotor i també per modular les forces de fricció. L’amplificació i (micro) deformacions del material actiu s’utilitzen per a la generació del moviment mecànic. El macro-moviment del rotor es pot aconseguir mitjançant la rectificació del micro-moviment mitjançant la interfície de fricció entre el l’estator i el rotor .

El motor d'ultrasons consta d'estator i rotor. El funcionament de l'USM canvia el rotor o el traductor lineal. L'estator de l'USM consisteix en ceràmica piezoelèctrica per generar vibracions, un metall de l'estator per amplificar la vibració generada i un material de fricció per establir contacte amb el rotor.

Sempre que s’aplica tensió, es genera una ona de desplaçament a la superfície del metall de l’estator que fa que giri el rotor. Com el rotor està en contacte amb el metall de l’estator, com s’ha esmentat anteriorment, però només a cada pic de l’ona viatgera, que provoca el moviment el·líptic, i, amb aquest moviment el·líptic, el rotor gira en la direcció inversa a la direcció de la ona viatgera.

Característiques i mèrits dels motors d'ultrasons

Són de mida petita i tenen una resposta excel·lent.
Aquests tenen una velocitat baixa de deu a diversos centenars de rpm i un parell elevat i, per tant, no calen engranatges reductors.
Consisteixen en una elevada potència de manteniment i, fins i tot si s’apaga l’alimentació, no necessiten fre ni embragatge.
Són petites, primes i tenen menys pes en comparació amb altres motors electromagnètics.
Aquests motors no contenen cap material electromagnètic i no generen ones electromagnètiques. Per tant, es poden utilitzar fins i tot en zones de camp magnètic alt, ja que no són afectades pel camp magnètic.
Aquests motors no tenen engranatges i s’utilitza una vibració de freqüència inaudible per conduir aquests motors. Per tant, no generen soroll i el seu funcionament és molt tranquil.
Amb aquests motors es pot controlar amb precisió la velocitat i la posició.
La constant de temps mecànica per a aquests motors és inferior a 1 ms i la control de velocitat per a aquests motors és pas menys.
Aquests motors tenen una eficiència molt alta i la seva eficiència és insensible a la seva mida.

Demèrits dels motors d'ultrasons

Cal una font d’alimentació d’alta freqüència.
Com que aquests motors funcionen amb fricció, la durabilitat és molt menor.
Aquests motors tenen característiques de parell de velocitat caigudes.

Aplicacions dels motors d'ultrasons

S'utilitza per a l'enfocament automàtic de l'objectiu de la càmera.
S’utilitza en dispositius i rellotges compactes de manipulació de paper.
S’utilitza per transportar peces de màquines.
S’utilitza per assecar i netejar per ultrasons.
S’utilitza per injectar oli als cremadors.
S'utilitza com els millors motors coneguts per oferir un alt potencial de miniaturització d'equips.
S'utilitza en ressonància magnètica per ressonància magnètica en medicina.
S’utilitza per controlar els caps de disc de l’ordinador, com ara disquets, discs durs i unitats de CD.
S'utilitza en moltes aplicacions en els camps de la medicina, l'aeroespacial i robòtica .
S’utilitza per controlar automàticament la pantalla rodant.
En el futur, aquests motors podran trobar aplicacions en camps com la indústria de l’automòbil, el nanoposicionament, la microelectrònica, Tecnologia Micro Electro Mechanical System i béns de consum.

Aquest article tracta sobre els motors d'ultrasons piezoelèctrics, els sensors d'ultrasons, els sensors piezoelèctrics, els actuadors piezoelèctrics, el funcionament dels USM, els mèrits, els desavantatges i les aplicacions dels USM en breu. Per obtenir més informació sobre els temes anteriors, envieu les vostres consultes fent comentaris a continuació.

Crèdits fotogràfics: