振动利用工程-超声波电机-.doc

超声波电机
超声波电动机(Ultrasonic Motor，简称USM)是近年来发展起来的一种全新概念的驱动装置，它利用压电材料的逆压电效应(即电致伸缩效应)，把电能转换为弹性体的超声振动，并通过摩擦传动的方式转换成运动体的回转或直线运动。这种新型电机一般工作于20kHz以上的频率，故称为超声波电动机。
超声电机的雏形最早由前苏联在60年代初提出。1973年，美国IBM公司的科学家、前苏联科学家研制出原理性的超声电机。80年代，日本许多科学工作者致力将美国和苏联的原理性样机开发成使用的超声电机，并于90年代初投入到商业应用。至今，日本、美国、俄罗斯和德国竞相研制各种类型和用途的超声电机。 在国内，到目前为止，还没有其它的超声电机规模化生产企业。进行研究的主要是一些学术机构，如南京航空航天大学，清华大学，浙江大学等，而产学研一体的研究所只有南京航空航天大学的精密驱动研究所一家。

超声波电机原理

超声波电机原理图

工作原理：对极化后的压电陶瓷元件施加—定的高频交变电压，压电陶瓷随着高频电压的幅值变化而膨胀或收缩，从而在定子弹性体内激发出超声波振动，这种振动传递给与定子紧密接触的摩擦材料以驱动转子旋转。

超声波电机优点
超声电机与传统电机相比，具有结构灵活、小型轻量、响应速度快，无噪音、低速大扭矩、控制特点好、断电自锁、不受磁场干扰，运动准确等优点，另外还具有耐低温、真空等适应太空环境的特点。首先由于质量轻，低速且大扭矩从而不需要附加齿轮等变速结构，避免了使用齿轮变速而产生的震动、冲击与噪音、低效率、难控制等一系列问题；其次它突破了传统电机的概念，没有电磁绕组和磁路，不用电磁相互作用来转换能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应、超声振动和摩擦耦合来转换能量。从而实现了静音、精确、无电磁干扰等优点。可以说超声电机技术处于电机行业最新科技之列。

超声波电机的应用
由于超声波电动机具有电磁电机所不具备的许多特点，尽管它的发明与发展仅有20多年的历史，但在宇航、机器人、汽车、精密定位、医疗器械、微型机械等领域已得到成功的应用。
（1）日本Canon公司将超声波电机用于其EOS620/650自动聚焦单镜头反射式照相机中；
（2）欧洲将超声波电机用于实验平台及微动设备，如1986年获Nobel物理学奖的扫描隧道显微镜(STM)；
（3）美国在宇宙飞船、火星探测器、导弹、核弹头等航空航天工程中也都陆续应用了超声波电动机。

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日本Canon 公司将USM用于照相机的聚焦系统 清华大学研制的微型超声电机（2001）

超声波电机在我国的发展
日本、美国、俄罗斯。德国竞相研制各种类型和用途的超声电机。 在国内，到目前为止，还没有其它的超声电机规模化生产企业。进行研究的主要是一些学术机构，如南京航空航天大学，清华大学，浙江大学等，而产学研一体的研究所只有南京航空航天大学的精密驱动研究所一家。 南京航空航天大学精密驱动研究所于2008年3月以技术和专利参股组建了江苏春生超声电机有限公司，拥有江苏省企业院士工作站。

超声波电机发展前景
超声电机作为一种新型的微电机，在轿车电器、办公自动化设备、精密仪器仪表、计算机、工业控制系统、航空航天、智能机器人等领域有着广泛的应用前景，基于超声电机的研究成果，国外已经成功应用于照相机的自动焦距装置、传送装置、自动升降装置、精密绘图仪、微机械驱动器等领域。