محرك فوق صوتي

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
محرك فوق صوتي

المحرك فوق الصوتي هو نوع من المحركات الكهروإجهادية التي تعمل بالاهتزازات فوق الصوتية لمكون يُسمى الجزء الثابت (الستاتور) ، والذي يوضع مقابل مكون آخر يُسمى الجزء الدوار ( الروتور ) أو المنزلق، وذلك حسب آلية التشغيل (دوران أو حركة خطية). تختلف المحركات فوق الصوتية عن المحركات الكهروإجهادية الأخرى في عدة جوانب، مع أن كليهما يستخدم عادةً نوعًا من المواد الكهروإجهادية، وغالبًا ما يكون زركونات تيتانات الرصاص ، وأحيانًا نيوبات الليثيوم أو مواد أخرى أحادية البلورة . يتمثل الاختلاف الأبرز في استخدام الرنين لتضخيم اهتزاز الجزء الثابت الملامس للجزء الدوار في المحركات فوق الصوتية. كما توفر المحركات فوق الصوتية مسافات دوران أو انزلاق كبيرة جدًا، بينما تقتصر المحركات الكهروإجهادية على الإجهاد الساكن الذي قد يحدث في العنصر الكهروإجهادي.

يُستخدم المحرك فوق الصوتي بشكل شائع في عدسات الكاميرات لتحريك عناصر العدسة ضمن نظام التركيز التلقائي. ويحل هذا المحرك محل المحرك الصغير الأكثر ضجيجًا والأبطأ في كثير من الأحيان.

الآلية

يُستخدم الاحتكاك الجاف غالبًا في التلامس، وتُستخدم الاهتزازات فوق الصوتية المُستحثة في الجزء الثابت لنقل الحركة إلى الجزء الدوار ولتعديل قوى الاحتكاك الموجودة عند السطح الفاصل. يسمح تعديل الاحتكاك بحركة الجزء الدوار بشكل كامل (أي لأكثر من دورة اهتزاز واحدة)؛ وبدون هذا التعديل، لن تعمل المحركات فوق الصوتية.

تتوفر طريقتان رئيسيتان للتحكم في الاحتكاك على طول سطح التلامس بين الجزء الثابت والجزء الدوار، وهما الاهتزاز الموجي المتحرك والاهتزاز الموجي المستقر . على سبيل المثال، استخدمت بعض النسخ الأولى من المحركات العملية في سبعينيات القرن الماضي، والتي صممها ساشيدا [ 1 ] ، الاهتزاز الموجي المستقر مع زعانف موضوعة بزاوية على سطح التلامس لتشكيل محرك، وإن كان يدور في اتجاه واحد فقط. لاحقًا، استخدم ساشيدا وباحثون من ماتسوشيتا وألبس وكانون الاهتزاز الموجي المتحرك للحصول على حركة ثنائية الاتجاه، ووجدوا أن هذا الترتيب يوفر كفاءة أفضل وتآكلًا أقل لسطح التلامس. يستخدم محرك الموجات فوق الصوتية "الهجين" ذو عزم الدوران العالي للغاية عناصر كهرضغطية مستقطبة محيطيًا ومحوريًا معًا لدمج الاهتزاز المحوري والالتوائي على طول سطح التلامس، مما يمثل تقنية قيادة تقع بين طريقتي القيادة بالموجات المستقرة والمتحركة.

من الملاحظات الأساسية في دراسة المحركات فوق الصوتية أن ذروة الاهتزاز التي يمكن إحداثها في الهياكل تحدث عند سرعة اهتزاز ثابتة نسبيًا بغض النظر عن التردد. سرعة الاهتزاز هي ببساطة المشتق الزمني لإزاحة الاهتزاز في الهيكل، ولا ترتبط (مباشرةً) بسرعة انتشار الموجة داخله. تسمح العديد من المواد الهندسية المناسبة للاهتزاز بذروة سرعة اهتزاز تبلغ حوالي 1  متر/ثانية. عند الترددات المنخفضة - 50  هرتز مثلاً - تُنتج سرعة اهتزاز 1  متر/ثانية في مكبر صوت منخفض التردد  إزاحات تبلغ حوالي 10 مليمترات، وهي إزاحة مرئية. مع زيادة التردد، تقل الإزاحة ويزداد التسارع. عندما يصبح الاهتزاز غير مسموع عند 20  كيلوهرتز تقريبًا، تكون إزاحات الاهتزاز في حدود عشرات الميكرومترات، وقد صُممت محركات [ 2 ] تعمل باستخدام موجات صوتية سطحية  (SAW) بتردد 50 ميجاهرتز ، وتكون اهتزازاتها في حدود بضعة نانومترات فقط. تتطلب هذه الأجهزة عناية فائقة في بنائها لتحقيق الدقة اللازمة للاستفادة من هذه الحركات داخل الجزء الثابت.

بشكل عام، يوجد نوعان من المحركات: محركات التلامس ومحركات اللا تلامس، والأخيرة نادرة وتتطلب سائلاً ناقلاً لنقل الاهتزازات فوق الصوتية للجزء الثابت إلى الجزء الدوار. تستخدم معظم النماذج الهواء، كما في بعض النماذج الأولى التي صممها هو جون هوي. [ 3 ] [ 4 ] لا تزال الأبحاث جارية في هذا المجال، وخاصة في مجال الرفع الصوتي القريب لهذا النوع من التطبيقات. [ 5 ] (يختلف هذا عن الرفع الصوتي البعيد ، الذي يعلق الجسم على مسافة تتراوح بين نصف طول موجة وعدة أطوال موجية من الجسم المهتز).

التطبيقات

كانت كانون من رواد استخدام المحركات فوق الصوتية، وقد ساهمت في شهرة هذا النوع من المحركات في أواخر ثمانينيات القرن الماضي من خلال دمجه في عدساتها ذات التركيز التلقائي لحامل عدسات كانون EF . وقد سجلت كانون، ومنافستها الرئيسية في صناعة العدسات نيكون ، وشركات صناعية أخرى، العديد من براءات الاختراع المتعلقة بالمحركات فوق الصوتية منذ أوائل ثمانينيات القرن الماضي. لم تكتفِ كانون بتضمين المحرك فوق الصوتي في عدسات كاميرات DSLR فحسب، بل استخدمته أيضًا في كاميرا كانون باور شوت SX1 IS . [ 6 ] ويُستخدم المحرك فوق الصوتي حاليًا في العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والمكتبية التي تتطلب دورانًا دقيقًا لفترات طويلة.

تم تطبيق هذه التقنية على العدسات الفوتوغرافية من قبل مجموعة متنوعة من الشركات تحت أسماء مختلفة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ أويها، س.؛ توميكاوا، ي.؛ كوروساوا، م.؛ ناكامورا، ن. (ديسمبر 1993)، المحركات فوق الصوتية: النظرية والتطبيقات ، مطبعة كلارندون، ISBN 0-19-859376-7
  2. ↑ شيغيماتسو، ت.؛ كوروساوا، م.ك.؛ أساي، ك . (أبريل 2003)، "محركات الخطوة النانومترية لمحرك الموجات الصوتية السطحية"، معاملات IEEE في الموجات فوق الصوتية، والمواد الكهروإجهادية، والتحكم في التردد ، المجلد 50، IEEE، الصفحات 376-385  
  3. ↑ هو، جون هوي؛ لي، غورونغ؛ لاي واه تشان، هيلين؛ لونغ تشوي، تشونغ (مايو 2001)، "محرك خطي فوق صوتي غير تلامسي من نوع الموجة المستقرة"، معاملات IEEE في الموجات فوق الصوتية، والمواد الكهروإجهادية، والتحكم في التردد ، المجلد 48، IEEE، الصفحات 699-708  
  4. ↑ هو ، جون هوي؛ ناكامورا، كينتارو؛ أويها، ساداوكي (مايو 1997)، "تحليل محرك فوق صوتي لا تلامسي مع دوار معلق فوق صوتيًا"، الموجات فوق الصوتية ، المجلد 35، إلسيفير، الصفحات 459-467  
  5. ↑ كوياما، د.؛ تاكيشي، إيدي؛ فريند، جيه آر؛ ناكامورا، ك.؛ أويها، س. (سبتمبر 2005)، "طاولة انزلاقية بدون تلامس معلقة بالموجات فوق الصوتية مع اهتزازات متحركة على عوارض من السيراميك الدقيق"، ندوة IEEE للموجات فوق الصوتية لعام 2005 ، المجلد 3، IEEE، الصفحات 1538-1541  
  6. ↑ "Canon PowerShot SX1 IS - Cameralabs" . cameralabs.com . 2 ديسمبر 2009.
عام
  • شهادة التأليف رقم 217509 "المحرك الكهربائي"، لافرينكو ف.، نيكراسوف م.، الطلب رقم 1006424 بتاريخ 10 مايو 1965.
  • براءة الاختراع الأمريكية رقم 4.019.073، 1975.
  • براءة الاختراع الأمريكية رقم 4.453.103، 1982.
  • براءة الاختراع الأمريكية رقم 4.400.641، 1982.
  • المحركات الكهرضغطية. لافرينينكو في، كارتاشيف آي، فيشنيفسكي في، "إنيرجيا" 1980.
  • V. Snitka و V. Mizariene و D. Zukauskas، حالة المحركات فوق الصوتية في الاتحاد السوفيتي السابق، الموجات فوق الصوتية، المجلد 34، الأعداد 2-5، يونيو 1996، الصفحات 247-250
  • مبادئ بناء المحركات الكهروإجهادية. ف. لافرينينكو، ISBN 978-3-659-51406-7، "لامبرت"، 2015، 236 صفحة.