开辟中国超声电机新天地

开辟中国超声电机新天地——记南京航空航天大学博士生导师赵淳生教授在南京航空航天大学，赵淳生可算是知名度很高的教授，不仅是因为他是资深的博士生导师、国家级有突出贡献的专家，还因为他爽朗的大嗓门、和蔼的笑容和总是忙碌的身影，别人一旦相识就很难忘却，当然，还有一个重要的原因就是他的超声电机搞的红红火火，如痴如醉。

1992年，赵淳生应邀赴美国MIT（麻省理工学院）做访问教授，他十分珍视这次机会。

在此之前，他的女儿已定居美国，在IBM公司工作。

凭他的法国工程力学博士文凭是完全可以在美国找到一份满意的工作，同妻子女儿一起舒舒服服地生活。

然而，作为烈士遗孤的他，首先想到的不是自己，而是祖国的振兴。

在美国，他努力把握当今世界科技发展的脉搏，寻找新的科研方向。

凭着老科技工作者的锐利目光，他看中超声电机这个全新课题。

当时，超声电机在日本出现不久，试图大举推向工业应用。

美国受日本影响，也开始重视超声电机的研究开发，注入大批资金，奋起直追，而在国内，超声电机还鲜为人知。

赵教授看中超声电机不仅仅因为它很可能在下世纪取代电磁机成为新一代小型电机，也是它恰好与他常年从事、早已驾轻就熟的振动工程学紧密关联。

他带着让我国民族工业腾飞的志向和使命感，在美国一头扎进超声电机研究之中。

他参加了美国两所大学的超声电机研究工作，每天工作12小时以上，广泛参与、考察、拍摄超声电机的研究过程，查找、复印了大量资料。

在生活上，他十分节俭，把省下的外汇全部购买了有用的书籍、软件和关键元器件。

1994年10月，他告别妻女回到祖国。

在归国的行李中，光是书籍资料就占了整整5大箱。

他摩拳擦掌，要迅速开辟一片中国人自己的超声电机天地。

1994年回国时，赵教授已有56岁了。

这个年纪对许多人来说到了吃吃老本，安度晚年的时候了，而赵教授从来没有想到过休息。

他常说：“我只有不停地工作，才会感到充实。

”他征尘未洗，立即组建攻关小组，开始研制超声电机原型机。

为尽快缩短与国外的差距，他们完全放弃了节假日，废寝忘食、没日没夜苦干。

在经费严重不足、缺乏实验设备、一无样机二无参考图纸的情况下，一步一步地摸索前进一个难关又一个难关地攻克，硬是造出了一台行波型超声电机原型机。

功夫不负有心人，1995年，2月17日，这台原型机成功地转起来了！这是我国第一台能实际动作的超声电机。

从申报课题到研制成功仅用了不到10个月时间，这相当于国外十几名工程师3年的工作量。

在1996年1月举行的鉴定会上，以东南大学冯纯伯院士为首的专家组对该成果给予了高度评价，认为此成果有重大突破，填补了国内空白。

当课题组成员为拥有自己的超声电机而兴奋不已的时候，赵教授的心里却十分平静。

他清楚地意识到，原型机虽然已经研制出来了，但要真正成为产品走向市场，还有很多艰苦细致的工作要做，而且还要冒很大的风险。

但为了打破日本超声电机在中国的垄断，他下定决心，一定要让超声电机在中国大地上生根、开花、结果。

原型机研制成功使赵淳生在国内超声电机领域名声大振，科研项目接踵而至。

一些企业也纷纷看好这一产品，要求合作。

课题多了，研究经费相对充足了，但他想到的并不是多发点奖金，而是最大限度地把经费用于增添实验设备和计算机、改善实验室条件、扩大研究队伍上。

他对课题组成员说：“我们同国外的差距不在人的素质上，，中国并不比外国人笨，主要是实验设备和实验条件的差距。

我们现在是白手起家，一切要从头做起。

大家要支持我，苦几年，把我们的超声电机搞上去，我相信以后会更好。

”生活上，妻子不在身边，烧饭、洗衣、收拾卫生等琐事就在星期天一并处理。

1997年，他在超声电机研究领域中的研究成果也进一步扩大，取得了令同行羡慕不已的成果，同时获得了国家863计划、江苏省计委攻关项目、博士研究课题。

目前，他正在申报国家计委攻关项目，并设计了10种超声电机，申报国家发明专利两项，在国内国外杂志和会上发表学术论文30多篇。

通过赵淳生的工作，我国超声电机的研究有了很大发展，他在国外有了影响在国内同行中也享有公认的地位。

面对取得的成绩，赵教授从来没有陶醉过。

为了研究超声电机的发展和应用情况，解决超声电机的产业化问题，去年10月，他出席在日本仙台市举行的1998IEEE国际超声电机会议。

在日本的17天中，他满脑子都是超声电机，没有心思享受异国风情。

考虑佳能公司是世界上超声电机工业化生产和应用实践的国际大公司在该公司，赵教授向他们的技术骨干详细询问了超声电机研制和应用中的要害问题，让他们大为惊讶，态度热情。

一位负责超声电机开发的部长说：“我们还是第一次接待提出这么多深切问题的参观者。

”回国前一天，按计划他应该有一天休息，可赵教授觉得，浪费了实在可惜。

就又想方设法去参观了生产世界上最小的超声电机的SELKO公司。

在回国途中，赵教授紧锁的眉头终于舒展，他说：“这次我们把超声电机…一网打尽‟了。

”赵淳生永远干劲十足，忙这忙那。

他力量的源泉就是祖国强大、人民富足。

他深知，只要深深地扎根，祖国大地，他的科技研究一定能枝繁叶茂，开花结果。

南京航空航天大学赵淳生教授经过多年的潜心研究，发明了一种微型马达，它的体积只有“米粒”大小，能控制驱动一种“钻头”进入人的血管内做“清洁”工作。

这一高新技术被称作“超声电机技术”。

在11月1日召开的南京市科技表彰大会上，南京航空航天大学的赵淳生教授就是因为在此领域的成绩而荣获“十大科技之星”称号。

传统的电磁型电机的发明和发展已有100多年的历史。

无论在理论上、设计方法上或制造技术上，都已达到十分完善的程度。

但由于工作原理和结构的限制，它的“块头”和“动静”却很难再减下来，所以，它们不能满足宇宙飞船、人造卫星、飞机、导弹、汽车、机器人、精密仪器的要求，这些设备都需要电机达到短、小、薄、低噪声和无电磁干扰等标准。

如传统电磁型电机就难以用于数码相机。

还有那些在人血管和心脏中做诊断和治疗的设备小如米粒，甚至于细如发丝，传统电机显然也不行。

于是，在上世纪末，科学家发展出来一种微型的超声电机。

据赵淳生教授介绍，生活中常见的电机是电磁电机，运用法拉第原理（有电流流过的导线放在磁场中，导线会产生力），所以要有磁铁和线圈。

超声电机突破了这一概念，它的原理很像玩呼啦圈和转手帕时让呼啦圈和手帕转动的方法，不过这里“人腰部的摆动”和“手指的动作”是由压电陶瓷来实现的，动作很快（每秒摆动5万次）但幅度极小（头发丝的60分之一）。

压电陶瓷是一种特殊的陶瓷，对它施加电场它就会产生变形，经过特殊设计的压电陶瓷可产生特定的运动推动转子（旋转型电机）或动子（直线型电机）。

与常见的电磁电机相比，超声电机具有启动或停止快、容易控制、不受磁场影响、本身不产生磁场和运动准确等特点。

而且，它的重量轻、结构简单、可以做得很小，噪声也小。

超声电机是当今世界最引人注目的高新技术之一。

虽然，目前日本在超声电机的研究和应用上都处于领先地位，掌握着世界上大多数超声电机技术的发明专利。

如佳能公司每月已能生产近40万台用于照相机的超声电机。

但是，令人欣慰的是，我国在超声电机研究上也取得了可喜的成果。

据赵淳生教授介绍，在照相机、手表、机器人、汽车、航空航天、精密定位仪、微型机械等领域里，超声电机已得到成功的应用。

由于超声电机能减轻机器人的重量，简化其结构，提高响应速度，世界各国都正在把超声电机用于机器人。

近几年，美国在宇宙飞船、火星探测器、导弹、核弹头等工程中都陆续应用了超声电机。

超声电机也正被引入计算机中。

对超声电机技术的未来，赵淳生教授推测说，本世纪将是超声电机大放光芒的时代，美国政府正在实施一项研究和生产计划，要在最近几年内，使美国的超声电机年产量赶上并超过日本，达到10亿台以上，将可获得1000亿美元的市场。

为了发展我国人造卫星、导弹、火箭、飞机、机器人、微型机械、汽车、磁浮列车以及其他精密仪器，我国也将需要大量的高性能超声电机，所以，超声电机技术也是我国21世纪重点发展的领域之一。

随着超声电机的进一步微型化，微型机械则可进入人体更多的部位，如作为人造心脏的驱动器，推动人造器官的发展。

未来的汽车需要的电机可多达80个，汽车门锁、玻璃升降，前视镜和雨刮器等，均可由超声电机来驱动。

还有掌上计算机，可视电话电视、手提式仪器都可用超声电机，大大减小其体积和面积。

超声电机超声电机的原理超声电机（Ultrasonic Motor 或简写为USM）技术是振动学、波动学、摩擦学、动态设计、电力电子、自动控制、新材料和新工艺等学科结合的新技术。

超声电机不像传统的电机那样，利用电磁的交叉力来获得其运动和力矩。

超声电机则是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的，将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。

在这种新型电机中，压电陶瓷材料盘代替了许许多多的铜线圈。

超声电机发展历史及现状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H.V Barth博士、前苏联的vrinenko等人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、德国竞相研制各种类型和用途的超声电机。

而在国内，超声电机生产企业很少，属于新兴企业。

进行研究的主要是一些大学机构，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一家。

江苏春生超声电机有限公司于南京航空航天精密驱动研究所于2008年3月联合组建而成的，是目前国内首家专业从事超声电机及其应用系统的研发、制造与销售的企业，并获得江苏省首批院士工作站立项企业。

与传统电机的比较超声电机与传统电机相比，具有结构简单、小型轻量、响应速度快，噪声低、低速大转矩、控制特点好、断电自锁、不受磁场干扰，运动准确等优点，两外还具有耐低温、真空等适应太空环境的特点。

首先由于质量轻，低速且大转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、冲击与噪声、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力，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。

从而实现了安静、污染小；定位精度高；不受电磁干扰等优点。

可以说超声电机技术处于世界上最新高科技之一。

超声电机的应用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、智能机器人等领域都有着广泛的应用前景。

根据超声波电机的研究成果，目前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。

（1）光学机器超声波电机在照相机、摄像机、显微镜等光学仪器的聚焦系统中作为驱动原件，能获得很满意的效果。