超聲波電機在醫療領域的應用
醫療設備製造商越來越多地選擇超聲波電機和執行器來替代傳統的電磁電機,因為超聲波電機在醫療設備設計中具有先天優勢。
壓電裝置目前正被用於一系列醫學應用,包括:超聲波發射器、人工授精、醫用納米微注射泵、微監測、手術設備、磁共振兼容機器人、微劑量分配、細胞病理學中的細胞浸潤和細胞成像。壓電裝置也可用於醫用材料加工,例如用於眼科、皮膚病學和美容手術的拾取和放置系統、藥物輸送裝置、三維掃描和雷射束控制。
通過使用超聲波馬達,醫療設備可以變得更小、更精確、更輕和更容易控制。其應用優勢如下:
1.小型化
超聲波電機適合小型化。與電磁馬達相比,超聲波馬達可以很容易地做得更小、更緊湊,並且它們的輸出功率相對於它們的尺寸更大。電磁馬達的效率將隨著尺寸的減小而降低,因為更多的電能轉化變成了熱。相比之下,超聲波馬達的效率幾乎是恆定的。在相同體積和重量下,超聲波電機的儲能密度是電磁電機的10倍。因為超聲波馬達可以提供更高的單位尺寸馬達功率,所以它們可以使醫療設備在減小尺寸的同時保持或提高性能。
2.定位精度
超聲波電機的直接傳動原理消除了傳統電磁電機對輔助傳動部件(或齒輪組)的需求。通過這種方式,避免了限制精確跟蹤的共同間隙的影響,並且該間隙將導致電磁伺服電機的定位精度的顯著降低。傳統電機需要機械耦合部件來將旋轉運動轉換成線性運動,而超聲波電機不再需要機械耦合部件。超聲波電機在穩定狀態下的自動鎖定功能摒棄了電磁電機固有的抖動。超聲波電機可以設計成達到納米級的定位精度,甚至在斷電的情況下也可以達到正常的精度。
3.加速
壓電裝置可以在幾微秒內做出反應。可以實現大於(響應時間0.01毫秒)的加速。不會產生磁場。超聲波馬達適用於醫療和生物技術應用,因為它們不會產生電磁幹擾,也不會受到電磁幹擾的影響。該特性消除了對超聲波電機磁場屏蔽的需求,這對於在強磁場環境中使用的電機(如磁共振成像設備)尤為重要。其中小型超聲馬達用於磁共振成像監控顯微外科手術,而大型超聲馬達用於旋轉患者和設備。傳統電子馬達產生的磁場和傳統電子馬達使用的金屬部件使其無法用於需要由馬達驅動並在核磁共振設備內部工作的醫療設備。
4、無維護或潤滑、滅菌
由於壓電運動依賴於晶體效應,並且不使用齒輪或軸承等旋轉部件,因此超聲波電機不需要維護或任何潤滑。其部件可在高溫下滅菌,這對於醫療應用來說是一個明顯的優勢。降低功耗。靜態運行,即使長時間承受重負荷,也幾乎不耗電。此外,由於超聲波馬達的效率不會因為其小型化而降低,因此即使在極低的功率範圍內,它們也保持高效,這使得超聲波馬達對於由電池供電的可攜式和可佩戴醫療設備非常有吸引力。
5.沒有發燒
靜止時,超聲波電機不發熱。超聲波馬達沒有伺服抖動和由此產生的熱量。
6、能在真空環境中工作
超聲波電機原則上適用於真空環境(它們已成功應用於空間設備),醫療行業的許多應用都有這一要求。
7、仍能在製冷溫度下工作
即使在接近0度的溫度下,超聲波馬達也能繼續工作,這使得它們適用於極其寒冷的環境,例如醫學實驗室存儲設備和低溫研究。
超聲波電機在汽車上的應用
1、汽車後視鏡
汽車的左右後視鏡用於觀察左右兩側的路況。為了在停車和倒車時觀察不同區域的路況,駕駛員必須從兩個方向調節汽車的左右後視鏡。半自動和全自動後視鏡系統應運而生。
一種更直接的方法是用電機驅動後視鏡繞兩個坐標軸旋轉。傳統的電磁電機要求齒輪機構大比例減速,調節緩慢,體積大。
超聲波電機具有體積小、重量輕、速度低、扭矩大的特點。美國和日本的一些汽車使用超聲波馬達驅動後視鏡。超聲波電機的輸出軸可以直接與後視鏡的鏡架連接,無需額外的變速箱,超聲波電機本體與車身支架固定連接。輕巧的體積和重量使超聲波電機和後視鏡融為一體,美觀實用,方便快捷地實現後視鏡調節。
2、汽車座椅頭枕
超聲波電機在汽車中的另一個應用是調節座椅上部的頭枕角度。頭枕部分可以根據乘客的需要改變角度,使人們更舒適地保護頸椎。
由於電機驅動座椅頭枕,它要求體積小,安靜的操作不能佔用大的空間,並有一定的低速扭矩和自鎖扭矩進行調節。傳統電機要麼體積大,要麼低速時轉矩不足。需要齒輪來增加扭矩,這將增加調節系統的體積。超聲波電機正好滿足這些應用條件。
3、汽車方向盤
為了滿足不同身材和身高的人的需要,方向盤的位置應該是可調的。傳統的方向盤調節裝置噪音大。在運行噪聲方面,超聲波電機比傳統的DC電機小,並且輸出轉矩可以相同。因此,汽車製造商可以用超聲波電機完全取代DC電機。
此外,門窗上還有超聲波電機、雨刷和剎車傳動裝置。