Les moteurs à ultrasons ont été inventés en 1965 par V.V Lavrinko. En général, nous sommes conscients du fait que la force motrice est donnée par le champ électromagnétique dans les moteurs conventionnels. Mais, ici pour fournir une force motrice, ces moteurs utilisent le effet piézoélectrique dans les ultrasons gamme de fréquences, qui va de 20 kHz à 10 MHz et n'est pas audible pour les êtres humains normaux Par conséquent, il est appelé technologie USM piézoélectrique. La technologie ultrasonique est utilisée par les USM qui utilisent la puissance de vibration ultrasonique d'un composant pour leur fonctionnement.

Moteur à ultrasons

Avant de discuter en détail de cette technologie, nous devons connaître les informations concernant capteurs à ultrasons , capteurs piézoélectriques et actionneurs piézoélectriques.

Capteur piézoélectrique

capteur piézoélectrique

Les changements dans les quantités physiques comme la déformation, la force, la contrainte et l'accélération peuvent être mesurés en les convertissant en énergie électrique. Les appareils ou capteurs utilisés pour ce processus sont appelés capteurs piézoélectriques. Et ce processus est appelé effet piézoélectrique . Si une tension est appliquée à travers un cristal, alors la pression sera posée sur les atomes du cristal provoquant une déformation des atomes qui est de 0,1% seulement.

Capteur à ultrasons

Les transducteurs qui génèrent des ondes sonores à haute fréquence - une fréquence d'environ 20 kHz à 10 MHz - et attribuent la cible en lisant l'intervalle de temps entre la réception de l'écho après l'envoi du signal sont appelés capteurs à ultrasons. D'où, Des capteurs à ultrasons peuvent être utilisés pour la détection d'obstacles et pour éviter les collisions.

Actionneur piézoélectrique

actionneur piézo

Pour le réglage fin des objectifs d'une caméra, d'un miroir, d'outils d'usinage et d'autres équipements similaires, une commande de mouvement précise est nécessaire. Cette commande de mouvement précise peut être obtenue par les actionneurs piézoélectriques. Le signal électrique peut être converti en déplacement physique contrôlé avec précision en utilisant un actionneur piézoélectrique. Ceux-ci sont utilisés pour contrôler les vannes hydrauliques et les moteurs spéciaux.

Technologie de moteur à ultrasons piézoélectrique

Nous pouvons simplement appeler la technologie ultrasonique comme l'inverse de l'effet piézoélectrique car, dans ce cas, le énergie électrique est converti en mouvement. Par conséquent, nous pouvons l'appeler comme une technologie USM piézoélectrique.

Les matériaux piézoélectriques nommés titanate de zirconate de plomb et quartz sont très souvent utilisés pour les USM et aussi pour les actionneurs piézoélectriques même si les actionneurs piézoélectriques sont différents des USM. Les matériaux comme le niobate de lithium et certains autres matériaux monocristallins sont également utilisés pour les USM et la technologie piézoélectrique.
La principale différence entre les actionneurs piézoélectriques et les USM est la vibration du stator en contact avec le rotor, qui peut être amplifiée en utilisant la résonance. L'amplitude du mouvement de l'actionneur est comprise entre 20 et 200 nm.

Types de moteurs à ultrasons

Les USM sont classés en différents types en fonction de différents critères, qui sont les suivants:

“division de courant et division de tension ”

Classification des USM en fonction du type d'opération de rotation du moteur

Moteurs de type rotatif
Moteurs de type linéaire

Classification des USM en fonction de la forme du vibrateur

Type de tige
П en forme
Forme cylindrique
Type d'anneau (carré)

Classification basée sur le type d'onde de vibration

Type d'onde stationnaire - il est en outre classé en deux types:

Unidirectionnel
Bidirectionnel

Type d'onde de propagation ou type d'onde progressive

Fonctionnement des moteurs à ultrasons

Fonctionnement du moteur à ultrasons

La vibration est induite dans le stator du moteur, et elle est utilisée pour transmettre le mouvement au rotor et également pour moduler les forces de frottement. L'amplification et les (micro) déformations du matériau actif sont utilisées pour générer le mouvement mécanique. Le macro-mouvement du rotor peut être obtenu par la rectification du micro-mouvement en utilisant l'interface de frottement entre le stator et rotor .

Le moteur à ultrasons se compose d'un stator et d'un rotor. Le fonctionnement de l'USM modifie le rotor ou le traducteur linéaire. Le stator de l'USM est constitué de céramique piézoélectrique pour générer des vibrations, d'un métal du stator pour amplifier les vibrations générées et d'un matériau de friction pour entrer en contact avec le rotor.

Chaque fois qu'une tension est appliquée, une onde progressive est générée sur la surface du métal du stator qui fait tourner le rotor. Comme le rotor est en contact avec le métal du stator, comme mentionné ci-dessus - mais seulement à chaque pic de l'onde progressive - qui provoque le mouvement elliptique - et, avec ce mouvement elliptique, le rotor tourne dans le sens inverse de la direction de la onde progressive.

Caractéristiques et avantages des moteurs à ultrasons

Ceux-ci sont de petite taille et sont excellents en réponse.
Ceux-ci ont une faible vitesse de dix à plusieurs centaines de tr / min et un couple élevé, et par conséquent des engrenages de réduction ne sont pas nécessaires.
Celles-ci consistent en une puissance de maintien élevée, et même si l’alimentation est coupée, elles n’ont pas besoin de frein et d’embrayage.
Ils sont petits, minces et ont moins de poids que les autres moteurs électromagnétiques.
Ces moteurs ne contiennent aucun matériau électromagnétique et ne génèrent pas d’ondes électromagnétiques. Ainsi, ceux-ci peuvent être utilisés même dans des zones de champ magnétique élevé car ils ne sont pas affectés par le champ magnétique.
Ces moteurs n’ont pas d’engrenages et une vibration de fréquence inaudible est utilisée pour entraîner ces moteurs. Ainsi, ils ne génèrent aucun bruit et leur fonctionnement est très silencieux.
Un contrôle précis de la vitesse et de la position est possible avec ces moteurs.
La constante de temps mécanique de ces moteurs est inférieure à 1 ms et le contrôle de vitesse pour ces moteurs est un pas de moins.
Ces moteurs ont un rendement très élevé et leur rendement est insensible à leur taille.

Inconvénients des moteurs à ultrasons

Une alimentation haute fréquence est requise.
Comme ces moteurs fonctionnent par friction, la durabilité est très moindre.
Ces moteurs ont des caractéristiques vitesse-couple tombantes.

Applications des moteurs à ultrasons

Utilisé pour la mise au point automatique de l'objectif de la caméra.
Utilisé dans les appareils compacts de manipulation du papier et les montres.
Utilisé dans le transport de pièces de machines.
Utilisé pour le séchage et le nettoyage par ultrasons.
Utilisé pour injecter de l'huile dans les brûleurs.
Utilisé comme les meilleurs moteurs connus pour offrir un fort potentiel de miniaturisation des équipements.
Utilisé en imagerie par résonance magnétique IRM en médecine.
Utilisé pour contrôler les têtes de disque de l'ordinateur comme les disquettes, les disques durs et les lecteurs de CD.
Utilisé dans de nombreuses applications dans les domaines de la médecine, de l'aérospatiale et robotique .
Utilisé pour contrôler automatiquement l'écran de roulement.
A l'avenir, ces moteurs pourront trouver des applications dans des domaines comme l'industrie automobile, le nano-positionnement, la microélectronique, Technologie micro système électromécanique et les biens de consommation.

Cet article traite des moteurs à ultrasons piézoélectriques, des capteurs à ultrasons, des capteurs piézoélectriques, des actionneurs piézoélectriques, du fonctionnement des USM, des mérites, des démérites et des applications des USM en bref. Pour plus d'informations sur les sujets ci-dessus, veuillez poster vos questions en commentant ci-dessous.

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