موتور فراصوتی

موتور فراصوتی

موتور فراصوتی (به انگلیسی: ultrasonic motor) یا موتور اُلتراسونیک نوعی موتور پیزوالکتریک است که با ارتعاش فراصوت یک قطعه، استاتور، که بسته به طرح عملکرد (چرخش یا انتقال خطی) در مقابل قطعه دیگر، روتور یا لغزنده قرار می‌گیرد، نیرو می‌گیرد. موتورهای فراصوتی از چندین جهت با سایر موتورهای پیزوالکتریک متفاوت هستند، اگرچه هر دو معمولاً از نوعی ماده پیزوالکتریک استفاده می‌کنند، که اغلب تیتانات زیرکونات سرب و گاهی نیوبات لیتیوم یا سایر مواد تک‌بلور است. بارزترین تفاوت، استفاده از تشدید برای تقویت ارتعاش استاتور در تماس با روتور در موتورهای فراصوتی است. موتورهای فراصوتی همچنین فواصل چرخشی یا کشویی دلخواه زیادی را ارائه می‌دهند، در حالی که محرک‌های پیزوالکتریک توسط کُرنِش استاتیکی که ممکن است در عنصر پیزوالکتریک القا شود، محدود می‌شوند.

یکی از کاربردهای رایج موتورهای فراصوتی در لنزهای دوربین است که در آن از آنها برای جابجایی عناصر لنز به عنوان بخشی از سامانه فوکوس‌خودکار استفاده می‌شود. موتورهای فراصوتی در این کاربرد جایگزین میکروموتورهای پر سر و صدا و اغلب کندتر می‌شوند.

سازوکار

اصطکاک خُشک اغلب در تماس استفاده می‌شود و ارتعاش فراصوت القاشده در استاتور هم برای ایجاد حرکت به روتور و هم برای تعدیل نیروهای اصطکاکی موجود در سطح مشترک استفاده می‌شود. مدولاسیون اصطکاک امکان حرکت حجمی روتور را فراهم می‌کند (یعنی برای مسافتی بیشتر از یک چرخهٔ ارتعاش)؛ بدون این مدولاسیون، موتورهای فراصوتی کار نمی‌کنند.

دو روش مختلف برای کنترل اصطکاک در امتداد سطح تماس استاتور-روتور وجود دارد، ارتعاش موج رونده و ارتعاش موج ایستاده. به عنوان مثال، برخی از اولین نسخه‌های موتورهای کاربردی در دهه ۱۹۷۰، توسط ساشیدا،[۱] از ارتعاش موج ایستاده در ترکیب با پره‌هایی که در زاویه‌ای نسبت به سطح تماس قرار گرفته بودند، برای تشکیل یک موتور استفاده کردند، البته موتوری که در یک جهت می‌چرخید. طرح‌های بعدی توسط ساشیدا و محققان در ماتسوشیتا، ای‌ال‌پی‌اس و کانن از ارتعاش موج رونده برای دستیابی به حرکت دوجهته استفاده کردند و دریافتند که این چیدمان بازدهی بهتر و سایش کمتر سطح تماس را ارائه می‌دهد. یک موتور فراصوتی «مبدل ترکیبی» با گشتاور فوق‌العاده بالا، از عناصر پیزوالکتریک با قطب‌محیطی و قطب‌محوری برای ترکیب ارتعاش محوری و پیچشی در امتداد سطح تماس استفاده می‌کند و یک فنّ راه‌اندازی را نشان می‌دهد که جایی بین روش‌های راه‌اندازی موج ایستاده و رونده قرار دارد.

یک مشاهده کلیدی در مطالعه موتورهای فراصوتی این است که اوج ارتعاشی که ممکن است در سازه‌ها القا شود، صرف نظر از فرکانس، در سرعت ارتعاش نسبتاً ثابتی رخ می‌دهد. سرعت ارتعاش صرفاً مشتق زمانی جابجایی ارتعاش در یک سازه است و (مستقیماً) به سرعت انتشار موج در یک سازه مربوط نمی‌شود. بسیاری از مواد مهندسی مناسب برای ارتعاش، حداکثر سرعت ارتعاش حدود ۱ متر بر ثانیه را مجاز می‌دانند. در فرکانس‌های پایین — مثلاً ۵۰ هرتز — سرعت ارتعاش ۱ متر بر ثانیه در یک ووفر، جابجایی‌هایی در حدود ۱۰ میلی‌متر، که قابل مشاهده است را ارائه می‌دهد. با افزایش فرکانس، جابجایی کاهش می‌یابد و شتاب افزایش می‌یابد. همان‌طور که ارتعاش در ۲۰ کیلوهرتز یا بیشتر غیرقابل شنیدن می‌شود، جابجایی‌های ارتعاشی در حد ده‌ها میکرومتر هستند و موتورهایی ساخته شده‌اند[۲] که با استفاده از موج صوتی سطحی (SAW) 50 مگاهرتز که دارای ارتعاشاتی با بزرگی تنها چند نانومتر هستند، کار می‌کنند. چنین دستگاه‌هایی نیاز به دقت در ساخت دارند تا دقت لازم برای استفاده از این حرکات در داخل استاتور را داشته باشند.

به‌طور کلی، دو نوع موتور وجود دارد، تماسی و غیرتماسی، که نوع دوم نادر است و برای انتقال ارتعاشات فراصوت استاتور به روتور به یک سیال کارا نیاز دارد. اکثر نسخه‌ها از هوا استفاده می‌کنند، مانند برخی از اولین نسخه‌های هو جون‌هوی.[۳][۴] تحقیقات در این زمینه، به ویژه در تعلیق آکوستیکی میدان‌نزدیک برای این نوع کاربرد، ادامه دارد.[۵] (این با تعلیق آکوستیکی میدان‌دور متفاوت است، که جسم را در نیم تا چند طول موج دورتر از جسم مرتعش معلق می‌کند)

کاربردها

کانن یکی از پیشگامان موتور فراصوتی بود و در اواخر دهه ۱۹۸۰ با گنجاندن موتور فراصوتی در لنزهای فوکوس خودکار خود برای مانت لنزس کانن ئی‌اف آن را مشهور کرد. از اوایل دهه ۱۹۸۰، اختراعات متعددی در مورد موتورهای فراصوتی توسط کانن، رقیب اصلی لنزساز آن، نیکون، و سایر شرکت‌های صنعتی ثبت شده است. کانن نه تنها موتور فراصوتی (یواس‌اِم) را در لنزهای DSLR خود گنجانده است، بلکه در دوربین بریج کانن پاورشات اس‌ایکس۱ نیز از آن استفاده کرده است.[۶] موتور فراصوتی اکنون در بسیاری از لوازم الکترونیکی مصرفی و اداری که نیاز به چرخش‌های دقیق در مدت زمان طولانی دارند، استفاده می‌شود.

این فناوری توسط شرکت‌های مختلف و با نام‌های مختلف در لنزهای عکاسی به کار گرفته شده است.

جستارهای وابسته

منابع

  1. ↑ Ueha, S.; Tomikawa, Y.; Kurosawa, M.; Nakamura, N. (December 1993), Ultrasonic Motors: Theory and Applications, Clarendon Press, ISBN 0-19-859376-7
  2. ↑ Shigematsu, T.; Kurosawa, M.K.; Asai, K. (April 2003), "Nanometer stepping drives of surface acoustic wave motor", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 50, IEEE, pp. 376–385
  3. ↑ Hu, Junhui; Li, Guorong; Lai Wah Chan, Helen; Loong Choy, Chung (May 2001), "A standing wave-type noncontact linear ultrasonic motor", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 48, IEEE, pp. 699–708
  4. ↑ Hu, Junhui; Nakamura, Kentaro; Ueha, Sadauki (May 1997), "An analysis of a noncontact ultrasonic motor with an ultrasonically levitated rotor", Ultrasonics, vol. 35, Elsevier, pp. 459–467
  5. ↑ Koyama, D.; Takeshi, Ide; Friend, J.R.; Nakamura, K.; Ueha, S. (September 2005), "An ultrasonically levitated non-contact sliding table with the traveling vibrations on fine-ceramic beams", 2005 IEEE Ultrasonics Symposium, vol. 3, IEEE, pp. 1538–1541
  6. ↑ "Canon PowerShot SX1 IS - Cameralabs". cameralabs.com. 2 December 2009.
عمومی
  • گواهی تألیف شماره ۲۱۷۵۰۹ «موتور الکتریکی»، لاوریننکو و. نکراسوف م. درخواست شماره ۱۰۰۶۴۲۴ مورخ ۱۰ مه ۱۹۶۵.
  • ثبت اختراع ایالات متحده شماره ۴٫۰۱۹٫۰۷۳، ۱۹۷۵.
  • ثبت اختراع ایالات متحده شماره ۴٫۴۵۳٫۱۰۳، ۱۹۸۲.
  • ثبت اختراع ایالات متحده شماره ۴٫۴۰۰٫۶۴۱، ۱۹۸۲.
  • موتورهای پیزوالکتریک. وی. لاوریننکو، آی. کارتاشف، وی. ویشنوفسکی، «انرژیا» ۱۹۸۰.
  • وی میزارین، وی. اسنیتکا، و دی. زوکاوسکاس وضعیت موتورهای فراصوتی در اتحاد جماهیر شوروی سابق، التراسونکس، جلد ۳۴، شماره‌های ۲–۵، ژوئن ۱۹۹۶، صفحات ۲۴۷–۲۵۰
  • اصول ساخت موتورهای پیزوالکتریک. وی. لاوریننکو، «لمبرت»، ۲۰۱۵، ۲۳۶ صفحه.

پیوند به بیرون

This article is issued from ویکی‌پدیا. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.