موتورهای آلتراسونیک عملگرهای تحریک مستقیم نسبتا جدیدی هستند که ورودی های الکتریکی را بر اساس اثر پیزوالکتریک و کوپلینگ اصطکاکی به خروجی های مکانیکی تبدیل می کنند. ویژگی ها و مزایای موتورهای آلتراسونیک، پاسخ سریع، خود قفل شدن، عملکرد در سرعت پایین (بدون مکانیسم کاهش سرعت)، عملکرد بی صدا، عدم ایجاد میدان مغناطیسی، امکان ساخت موتور بدون محور و توان مصرفی پایین می باشد. درنتیجه، موتورهای التراسونیک به سرعت در حال توسعه هستند و به طور گسترده در زمینه های ابزارهای جراحی، روباتیک، هوا فضا، موقعیت دهی دقیق مورد استفاده قرار می گیرند.
در این پژوهش که در قالب پایان نامه کارشناسی ارشد سید حسن جهان تاب در رشته مهندسی مکانیک- ساخت و تولید انجام شد، طراحی جدیدی برای موتورآلتراسونیک کروی صورت گرفته است.در این موتور با استفاده ازمحرک های استک پیزوالکتریک، موج روان به استاتور سیمی انتقال داده شده که موجب دوران روتورکروی می شود.
به منظور بررسی درجات آزادی در مودهای ارتعاشی مختلف، پارامترهای موثر برعملکرد موتور آلتراسونیک با استفاده از مفاهیم حاکم در موردموج روان، باروش اجزا محدوددر نرم افزار کامسول مورد تحلیل قرار گرفته است.
در ادامه برای راه اندازی استک پیزوالکتریک ها یک مدار تک فاز برای هر کدام از درجات آزادی طراحی و ساخته شد که باعث کاهش چشم گیر توان مصرفی موتور کروی شده است. آزمایشهای تجربی برای اندازه گیری سرعت دوران و گشتاور و پیش بار انجام گرفت. برای محاسبه ی گشتاور یک روش جدید مبتنی بر تنش برشی ارائه شد که در آن از تماس روتور کروی با سیال ویسکوز استفاده شده است. برای اندازه گیری نیروی پیش بار از نیروی شناوری که از طرف سیال به روتور غوطه ور اعمال می شود استفاده گردید. بیشینه توان مصرفی موتور 3 وات، بیشترین سرعت چرخش روتورکروی 300 دور بر دقیقه و مقدار گشتاور 4/7 میکرونیوتون متر بدست آمد.ماکزیمم نیروی پیش بار اندازه گیری شده 44 میلی نیوتون بود.
گفتنی است این پژوهش با راهنمایی دکتر یوسف حجت عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی مکانیک انجام شد.