Ultraschallmotor

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Kann 23, 2016 Gebine Fuchs U 0 1

Ein Ultraschallmotor ist eine Art von Elektromotor, der durch die Ultraschallschwingung einer Komponente, dem Stator, gegenüber einer anderen Komponente in Abhängigkeit von der Regelung des Betriebs des Rotors oder Schieber angeordnet. Ultraschallmotoren unterscheiden sich von Piezoaktoren in mehrfacher Hinsicht, obwohl beide typischerweise irgendeine Form eines piezoelektrischen Materials, am häufigsten Bleizirkonattitanat und gelegentlich Lithiumniobat oder anderen einkristallinen Materialien. Der offensichtlichste Unterschied ist die Verwendung von Resonanz, um die Schwingung des Stators in Berührung mit dem Rotor in Ultraschallmotoren zu verstärken. Ultraschallmotoren bieten auch beliebig große Drehung oder Gleitwege, während piezoelektrische Stellglieder sind durch die statische Belastung, die in dem piezoelektrischen Element induziert werden kann begrenzt.

Eine Anwendung von Ultraschallmotoren ist in Kameralinsen, wo sie verwendet werden, um Linsen als Teil des Autofokus-Systems zu bewegen. Ultraschallmotoren ersetzen die lauter und oft langsamer Mikromotor in dieser Anwendung.

Mechanismus

Trockenreibung wird oft in Kontakt verwendet, und die Ultraschallschwingung im Stator induziert wird sowohl zur Bewegung auf den Rotor zu verleihen und um die an der Grenzfläche vorliegenden Reibungskräfte zu modulieren. Die Reibung Modulation ermöglicht Massebewegung des Rotors; ohne diese Modulation, würde Ultraschallmotoren nicht funktionieren.

Zwei verschiedene Arten sind in der Regel zur Verfügung, um die Reibung an der Stator-Rotor-Kontakt-Schnittstelle steuern, Wanderwellenvibration und Stehwellen-Vibration. Einige der frühesten Versionen praktischen Motoren in den 1970er Jahren durch Sashida beispielsweise verwendet Stehwellenvibration in Kombination mit Rippen in einem Winkel zu der Kontaktfläche angeordnet, um einen Motor zu bilden, wenn auch eine, die in einer einzigen Richtung gedreht wird. Später entwirft durch Sashida und Forscher an Matsushita, Alpen und Canon nutzte Wanderwellenschwingung, um eine bidirektionale Bewegung zu erhalten, und festgestellt, dass diese Anordnung bot eine bessere Effizienz und weniger Kontaktschnittspuren. Ein außergewöhnlich hohem Drehmoment "Hybrid-Wandler 'Ultraschallmotor verwendet in Umfangsrichtung gepolt und axial gepolten piezoelektrischen Elementen zusammen, um axiale und Drehschwingungen entlang der Kontaktschnittstelle zu verbinden, was einer Fahrtechnik, die irgendwo zwischen dem Stehen und Wanderwellenantriebsverfahren liegt.

Eine Schlüsselbeobachtung in der Studie von Ultraschallmotoren ist, daß die Spitzenvibration, die in den Strukturen induziert werden kann tritt bei einer relativ konstanten Schwinggeschwindigkeit unabhängig von der Frequenz. Die Schwinggeschwindigkeit ist einfach die zeitliche Ableitung der Schwingungsverschiebung in einer Struktur, und ist nicht auf die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung in einer Struktur. Viele Engineering-Materialien, die für Vibrationen ermöglichen eine Spitzenschwinggeschwindigkeit von ca. 1 m / s. Bei niedrigen Frequenzen 50 Hz, etwa eine Vibrationsgeschwindigkeit von 1 m / s in einem Woofer würde Verschiebungen von etwa 10 mm, die sichtbar ist, zu geben. Da die Frequenz erhöht wird, nimmt die Verschiebung und die Beschleunigung zunimmt. Als Schwingungs unhörbar wird bei 20 kHz oder so, werden die Schwingungsverschiebungen in den zehn Mikrometern, und die Motoren aufgebaut worden, die mit 50 MHz für akustische Oberflächenwellen, die Schwingungen nur wenige Nanometer in der Größe haben, arbeiten. Solche Geräte erfordern Sorgfalt bei der Konstruktion die notwendige Genauigkeit zu treffen, um die Verwendung dieser Bewegungen innerhalb des Stators zu machen.

Ganz allgemein gibt es zwei Arten von Motoren, Kontakt- und Nicht-Kontakt, von denen die letztere ist selten und erfordert eine Arbeitsflüssigkeit, die Ultraschallschwingungen des Stators auf den Rotor zu übertragen. Die meisten Versionen verwenden Luft, wie einige der frühesten Versionen von Hu Junhui. Forschung in diesem Bereich fort, insbesondere in Nahfeld-akustische Levitation für diese Art von Anwendung.

Anwendungen

Canon war einer der Pioniere des Ultraschallmotors, und machte die "USM" berühmt in den späten 1980er Jahren durch ihre Einbeziehung in die Autofokus-Objektive für das EF-Bajonett. Zahlreiche Patente auf Ultraschallmotoren wurden von Canon, seinen Haupt lensmaking Rivalen Nikon und andere Industrieunternehmen seit den frühen 1980er eingereicht. Canon hat sich nicht nur enthalten einen Ultraschallmotor in ihre DSLRs, sondern auch in der Bridge-Kamera Canon Powershot SX1 IS. Der Ultraschallmotor ist heute in vielen Unterhaltungsgeräte, die Präzision Drehungen über lange Zeiträume verwendet.

Die Technologie hat sich auf photographische Linsen, die durch eine Vielzahl von Unternehmen unter verschiedenen Namen angewendet: