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超声波电机及其驱动器简介 超声波电机简介 超声波电机简介 超声波电机是一种全新概念的微特电机，它利用压电材料的逆压电效应，使振动体在超声频段内产生振动，通过定子与动子间的摩擦输出能量。 由于超声波电机具有传统磁式电机无法比拟的优点，因而发展迅速，应用日益广泛。 超声波电机简介 应用主要体现在微观领域、要求无电磁干扰的环境中等一些场合。比如在微观领域，随着纳米技术的发展，分子机器概念的提出，传统电机依据电磁感应原理的电机，受理论和结构形式上的限制，而不能作为这些微小装置的动力源；在要求无电磁干扰的环境中，磁式电机显然也无法满足要求。 超声波电机简介 在这种电机应用需求背景之下，新型的能满足尺寸小、重量轻、低噪声、无电磁干扰等的电机应运而生，其中超声波电机是此类新型电机中研究比较成熟的一种。 超声波电机简介 由于超声波电机的驱动机理不同于传统的电磁式电机，因而具有磁式电机所不具有的一些特点，主要有： 超声波电机简介 1. 超声波电机弹性振动体的振动速度和依靠摩擦传递能量的方式决定了它是一种低速电机，同时其能量密度是电磁电机的5到10倍左右，使得它不需要减速机构就能低速时获得大转矩，可直接带动执行机构。 由于电机系统省去的减速机构，这不仅减小了体积、重量，而且提高了系统的控制精度和响应速度。 超声波电机简介 2. 电磁式电机在外界强磁场的影响下不能正常工作，它所产生的磁场也会影响周围某些对磁敏感设备的正常运行。超声波电机的构成不需要线圈与磁铁，本身不产生电磁波，所以外部磁场对其影响较小。 超声波电机简介 3. 超声波电机断电时，定子与转子之间的静摩擦力使电机具有较大的静态保持力矩，从而实现自锁，省去了制动闸，简化了定位控制，其动态响应时间也较短。 超声波电机简介 4. 超声波电机依靠定子的超声振动来驱动转子运动，超声振动的振幅一般在微米数量级，在直接反馈系统中，位置分辨率高，容易实现较高的定位控制精度。 超声波电机简介 5. 超声波电机的振动体的机械振动是人耳听不到的超声振动，而且它不需要减速机构，因此也不存在减速机构的噪声，运行非常安静。 超声波电机简介 6. 超声波电机独特的驱动机理适应了多种多样结构形式设计的需要，比如同一种驱动原理的超声波电机，为了应用于不同的安装环境，其外形可以根据需要改变。 超声波电机及其驱动器简介 超声电机发展概况 超声电机发展概况 20世纪40年代，压电陶瓷材料的发现促进了压电驱动技术的发展。第一台超声波电机模型如下图所示，它揭示了超声波电机的基本原理，但由于当时加工技术和材料性能的限制，使得超声波电机没有得到快速发展。 超声电机发展概况 第一台超声波电机模型 超声电机发展概况 1970年至1972年，德国西门子公司和日本松下电器公司开发出一种利用压电谐振工作的直线驱动机械，这种压电振子的谐振频率约几十千赫兹，其振幅较小，无法获得较大的转矩和转速，松下公司为此电机申请了专利，这也是超声波电机的第一个有样机的专利。 超声电机发展概况 1973年，IBM公司的Barth提出了具有现代超声波电机原理的结构方案。此电机运用压电元件使楔形的压电振子产生振动，压电振子的楔形端面与转子表面接触、摩擦来驱动转子运动。当压电振子1激振时，转子顺时针方向回转，当压电振子2激振时，转子逆时针方向回转。 超声电机发展概况 Barth的超声波电机方案 超声电机发展概况 1981年，立陶宛的Vasiliev等成功的研制出了一种能够驱动较大负载的超声波电机。这种电机的定子为一个兰杰文(Langevin)振子所组成的超声波换能器，利用此换能器激励与转子接触的振动片的纵向振动，再通过该振动片与转子间的摩擦来驱动转子。 这种结构的好处在于既降低了工作频率，又增大了振幅。最初该电机应用于唱片机转盘的驱动，是那个时代最先应用于实际的压电驱动器。 超声电机发展概况 1982年，日本的指田年生提出并制造了驻波型压电超声波电机，如下图所示，这种压电超声波电机第一次在性能上达到了实际使用的要求。但是也存在一些不足，该电机的振动片与转子固定在同一个位置上，接触表面上磨损较为严重，使得电机寿命较短。 超声电机发展概况 驻波型 超声电机发展概况 为了解决这个问题，指田年生在1983年设计出了行波型超声波电机，如下图所示。此电机实现了由定点定期推动转子转动改变为连续不断的推动转子运动，从而大大降低了定子与转子接触面上的