超声波电机

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2024年超声波电机市场发展现状

超声波电机市场发展现状

引言

超声波电机作为一种新兴的驱动技术，具备高效、精密的特点，被广泛应用于各个行业。本文将对超声波电机市场发展现状进行分析。

超声波电机的定义和特点

超声波电机是一种利用超声波振荡产生动力的电机。与传统电机相比，超声波电机具有以下特点： - 高效能：超声波电机利用超声波振荡产生机械动力，能够将电能转化为机械功率的效率达到90%以上。 - 精密度高：超声波电机的转速和位置可以精确控制和调节，能够实现微小精密的运动。 - 噪音低：超声波电机的工作过程中几乎没有震动和噪音产生，适用于对噪音要求较高的场所。 - 响应速度快：超声波电机的响应速度可达到微秒级，能够实现快速准确的运动控制。

超声波电机市场的应用领域

超声波电机市场的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：

工业自动化

超声波电机在工业自动化领域的应用越来越普遍。其高效能、精确性和响应速度快的特点使其成为机器人、自动化设备等的理想驱动器。超声波电机在自动装配、加工、搬运等环节起到关键作用，提高了生产效率和产品质量。

超声波电机在医疗器械领域的应用广泛，如超声波刀、超声波手术器械等。其精密度高的特点使其在微创手术中得到了广泛应用，减少了手术创伤和恢复时间，提高了手术效果。

仪器仪表

超声波电机在仪器仪表领域的应用也愈发重要。其精确控制和调节转速、位置的能力，使其适用于光学设备、天文仪器等高精度仪器的驱动。

消费电子产品

超声波电机已经在消费电子产品领域得到广泛应用，如智能手机、数码相机等。其高效能、噪音低和响应速度快的特点，提升了消费电子产品的用户体验。

超声波马达原理

超声波马达是将超声波能量转换成机械振动能量的一种装置。其原理是利用压电效应，在谐振频率时，振子发生共振运动，将电能转化为机械振动能量。在此原理下，超声波马

达不仅能够实现高速、高精度转动，还具有小型、轻量、节能等优点，因此被广泛应用于

工业自动化、医疗科技等领域。

超声波马达的工作原理主要基于声导波和电压驱动原理。一般而言，超声波马达由三

部分组成：压电陶瓷振子、谐振器以及负载。振子通过高频交流电压工作，以产生相应的

机械振动。振子振动的频率与谐振器的固有频率匹配，形成谐振共振，谐振器通过振动的

振幅便将机械振动传递到负载中实现工作。

超声波马达的实际工作过程中主要包括如下几个阶段：

1. 激励信号输入阶段：将交流电压信号输入到触发电路中。

2. 谐振盘起振阶段：当触发电路接收到交流电压信号时，输出信号给压电振子，使

谐振盘起振，产生高频机械振动。

3. 谐振传导阶段：谐振器与负载之间产生机械传导，使负载实现相应振动。

4. 振动停止阶段：由于传导能量有损，当能量衰减到一定程度，振动便会逐渐停

止。

超声波马达通过不同的驱动电压波形（例如正弦波、方波、锯齿波等）和频率，以及

振子厚度、径向电力常数等参数的改变，能够控制谐振共振的频率、振幅及波形等特性。

在实际应用中，超声波马达可以充分发挥其特点，用于高速精密机械装置、超声波焊接、

超声波清洗等各种领域。超声波马达具有高速、高精度、小型、轻量、节能等优点，在工

业自动化、医疗科技等领域中得到了广泛应用。下面将介绍超声波马达的优点和应用领

域。

1. 高速、高精度

超声波电动机

2. 超声波电动机工作原理超声波电动机的工作是在极化的压电晶体上施加超声波频率的交
流电，压电晶体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。
2. 超声波电动机工作原理当使用振动材质为压电陶瓷，两个电压源以适当的间隔配置。A相
2. 超声波电动机的应用
由于超声波电动机具有电磁电动机所不具备的许多特点，尽管它的发明与发展仅有二十多年的历史，但超声波电动机已在照相机的自动变焦镜头、微型飞行器、电子束发生器、智能机器人、焊接机、轿车电气控制设备、航空航天工程、医疗器械等场合得到广泛的应用。
小结
1. 超声波电动机结构与原理分析 2. 超声波电动机的特点和应用
利用电压源驱动，发生向右方向传播的进行波 (顺转)。 B相利用电压源进行波方向为向左传播的进行波(逆转)。下图为单压电芯片型超声波电动机等效电路图。
二、超声波电动机的特点及应用
1. 超声波电动机的特点
（1）低速大转矩、效率高。（2）控制性能好、反应速度快。（3）形式灵活，设计自由度大。（4）不会产生电磁干扰。（5）结构简单。（6）震动小、噪音低。
一、超声波电动机的结构和工作原理
1.超声Βιβλιοθήκη Baidu电动机的结构超声波电动机一般由定子（振动部分）和
转子（移动部分）两部分组成，如图所示。该电动机中既没有线圈也没有永磁体，其定子是由压电晶体、弹性体(或热运动器件)、电极构成的；转子为一个金属板，转子均带有压紧用部件，加压于压电晶体上，定子和转子在压力作用下紧密接触。为了减少定子、转子之间相对运动产生的磨损，通常在两者之间(在转子上)加一层摩擦材料。

超声电机原理

超声电机是一种利用超声波产生的机械振动来实现运动的电机。它具有体积小、效率高、响应速度快、噪音小等优点，因此在各种

领域得到了广泛的应用。超声电机的工作原理主要包括超声波的产生、传播和转换成机械振动三个方面。

首先，超声电机的工作原理涉及到超声波的产生。超声波是指

频率高于20kHz的声波，它可以通过压电效应或磁致伸缩效应来产生。在超声电机中，常用的是压电效应。当施加电压到压电陶瓷上时，会产生压电效应，使其产生机械振动，从而产生超声波。这种

超声波具有高频率、短波长的特点，可以实现精细的机械控制。

其次，超声电机的工作原理还涉及到超声波的传播。超声波在

传播过程中会受到介质的影响，不同介质对超声波的传播速度和衰

减程度都有影响。因此，在超声电机中需要考虑介质的选择以及超

声波的传播路径，以确保超声波能够准确地传播到需要的位置。

最后，超声电机的工作原理还包括超声波的转换成机械振动。

当超声波传播到需要的位置时，可以通过压电陶瓷或磁致伸缩材料

将超声波转换成机械振动。这种机械振动可以驱动机械装置实现运

动，如旋转、线性运动等。由于超声波具有高频率和短波长的特点，因此可以实现微小的机械振动，从而实现精密的位置控制。

总的来说，超声电机的工作原理是通过产生、传播和转换超声

波来实现机械振动，从而实现运动控制。它具有许多优点，如体积小、效率高、响应速度快、噪音小等，因此在精密仪器、医疗设备、光学设备等领域得到了广泛的应用。随着科技的不断发展，相信超

声电机在未来会有更广阔的应用前景。

超声波电机

超声波电动机的简介

日本佳能公司从1982年起开始研究将超声波电机应用到照相机的镜头调焦中，至1987年，成功地将超声波电机应用到EOS系列照相机的镜头中，下图所示为使用了环形超声波电机的相机。与采用电磁型电机的镜头相比，使用超声波电机的镜头有静音、定位精度高、调焦时间短、无齿轮减速机构等特点，性能较为优良。
超声波电动机的简介

第二，微型化和集成化。超声波电机不同于传统的磁式电机，它没有线圈，结构简单，易于加工。其转矩体积比大，在结构尺寸缩小时基本能保持效率不变，能量密度较其它微特电机高，非常适合作为微型机电系统中的动力源，因而微型化和集成化是超声波电机的重要发展方向。
超声波电动机的简介

第三，超声波电机与生物医学工程相结合，现代生物医学工程的发展使超声波电机在这一领域的应用前景光明。由于生物医学工程中要对细胞进行加工、传递、分离和融合，以及对细胞内物质的转移、重组、拉伸、固定等操作，而尺寸只有几个微米的细胞，关键技术是接近细胞时的精细微调，要求分辨率为几十纳米。要完成以上操作，需要有很高定位精度和精细操作能力的驱动装置。
超声波电动机的简介

超声波电机在精密定位装置和随动系统中也有广泛应用。如坐标平台的驱动源是在超声波电机在精密定位装置中的应用，如图所示。由于超声波电机相应快，当位置传感器检测到目标位置信号瞬间，切断电源，电机立即停止，定位精度准确，只需用开环控制即可实现较高精度的定位。

超声波电机工作原理

超声波电机是一种利用超声波振动产生机械运动的电机，其工作原理基于超声波的压电效应和谐振效应。以下是超声波电机的基本工作原理：

1. 压电效应：超声波电机的关键部件是由压电陶瓷构成的振动片。压电陶瓷具有压电效应，即当施加电场时，陶瓷发生机械变形，而当施加机械应力时，陶瓷产生电场。

2. 超声波振动产生：通过在压电陶瓷上施加高频交变电压，可以使陶瓷片振动，产生超声波。这种超声波通常在20 kHz以上，远远超出人耳可听范围。

3. 谐振效应：超声波电机采用谐振效应，即在特定的频率下，振动片的振动幅度达到最大值。通过调整施加在压电陶瓷上的电压频率，使其与振动片的谐振频率匹配，可以提高振动效率。

4. 工作部件：超声波电机中通常包含振动片、导向块和负载。振动片振动时，通过导向块将振动传递到负载上，从而实现机械运动。

5. 无刷结构：由于超声波电机是通过振动产生机械运动，通常不需要传统电机中的刷子和换向器。因此，超声波电机具有无刷结构，减少了摩擦和磨损。

超声波电机的优点包括高效率、精密控制、低噪音、无电磁干扰等特点。它在一些需要高精度、低噪音、快速响应的应用领域得到广泛应用，如光学设备、精密仪器、医疗器械等。

超声波马达原理

超声波马达是一种利用超声波振动产生的机械能来驱动物体运动的装置。它具有体积小、效率高、噪音低等优点，在现代工业和科技领域得到了广泛的应用。那么，超声波马达的原理是什么呢？接下来就让我们来详细了解一下。

首先，超声波马达是利用超声波的声压波产生的机械振动来实现物体的运动。超声波是指频率高于20kHz的声波，具有短波长、高能量密度的特点。超声波在介质中传播时，会产生剧烈的机械振动，这种振动可以被利用来驱动物体运动。

其次，超声波马达的核心部件是压电陶瓷。压电陶瓷是一种能够将电能转化为机械能的材料，当施加电压时，压电陶瓷会发生形变，产生机械振动。利用这种原理，超声波马达可以通过控制电压的大小和频率来调节机械振动的幅度和频率，从而实现对物体的精准驱动。

此外，超声波马达还采用了谐振器和换能器来增强机械振动的效果。谐振器是一种能够放大振动幅度的装置，它可以帮助超声波马达产生更大的驱动力。换能器则是用来将电能转化为超声波的装置，它可以将电能高效地转化为超声波能量，从而提高了超声波马达的效率。

总的来说，超声波马达的原理是利用超声波的机械振动来驱动物体运动，核心部件是压电陶瓷，同时利用谐振器和换能器来增强机械振动的效果。超声波马达具有体积小、效率高、噪音低等优点，因此在医疗器械、精密仪器、汽车电子等领域得到了广泛的应用。

在实际应用中，超声波马达可以用于实现精密定位、精准搅拌、精密加工等功能。例如，在医疗器械中，超声波马达可以用于实现超声刀的精准切割；在汽车电子中，超声波马达可以用于实现声波传感器的高精度检测。可以说，超声波马达在现代工业和科技领域发挥着重要的作用。

超声波电机

圆筒型行波型超声电机

一、简介

1942年williams和Brown提出超声电机的概念，1981年日本新生工业(Shinsei)公司的总裁指田年生(Toslliiku sashida)制作了世界上第一台具有实用价值的振动片型超声波马达，自那时以来各种新型式的超声电机不断涌现，例如按驱动形式可分为行波型超声电机旧、复合型超声电机M1及多自由度超声电机．为增大定转子之间接触区形状和面积，提高马达的转矩，提出了一种柱面驱动行波超声电机，它的接触区域不同于以往的圆板和圆环超声电机，它是以圆柱面母线为中心的矩形区域，沿轴向接触具有一致性，提高定转子之间的预紧力和接触面积，从而提高了电机的力矩输出。

二、行波型超声电机的结构

行波型超声电机(TRUM)是从上个世纪八十年代发展起来的一种新型微特电机，是最具代表性和当前应用最多的一类超声电机。本文所述的这种筒状行波超声电机，定子为筒状，结构如图1所示。

图1 圆筒型行波超声电机

传统的圆板型定子被新型圆筒定子代替。压电陶瓷元件粘贴在圆通定子外壁上的合适位置，而在传统电机中，是贴在圆板型定子的底端面。值得一提的是用于前者上的压电陶瓷比后者更易于加工，成本更低。图2所示为粘贴有压电陶瓷的圆筒型定子和圆筒式定子主体，长条形的是PZT。

图2 粘有PZT的圆筒定子

因为定子的特殊结构及有两个端面，如果两个端面都是自由的，就都会产生行波，而且这两个行波的运动方向相同。如果用两个同轴转子与定子配合，随着摩擦力的增加，电机的输出力矩也将会增加。虽然这样会给电机带来新的问题，但值得一试。

超声波电机的结构

超声波电机（Ultrasonic Motor）是一种利用超声波振动能量进行驱动的特殊电机。它主要由定子、转子和其他辅助部件组成。

一、定子

定子是超声波电机的主要组成部分之一，通常由金属材料制成。定子通常具有两个或多个振荡器，这些振荡器是用来产生超声波振动的。定子上的振荡器通常是通过在金属材料上刻蚀或钻孔来制造的，这样可以在定子上形成一系列的振动节点和振动位移。

二、转子

转子是超声波电机的另一个重要组成部分，它通常由非金属材料制成，如陶瓷、玻璃或碳纤维等。转子通常具有一个或多个超声波振动膜片，这些膜片是用来接收定子产生的超声波振动并转换成转动的动力。转子上的膜片通常是通过在非金属材料上切割或钻孔来制造的，这样可以在转子上形成一系列的振动节点和振动位移。

三、辅助部件

除了定子和转子之外，超声波电机还需要一些辅助部件来确保其正常运转。这些辅助部件包括：

1.驱动电路：用于产生高频振荡信号，驱动定子产生超

声波振动。

2.位置传感器：用于检测转子的位置和速度，确保电机

能够准确地控制转子的运动。

3.散热器：用于降低电机内部的温度，防止过热对电机

造成损坏。

4.轴承：用于支撑转子，减少摩擦和磨损，提高电机的

使用寿命。

总之，超声波电机是一种利用超声波振动能量进行驱动的特殊电机，它主要由定子、转子和辅助部件组成。这些组成部分协同工作，使得超声波电机能够实现高精度、高速度和高效率的驱动。

超声波马达原理

超声波马达是一种利用超声波振动产生的机械能来驱动物体运动的装置。它的工作原理是利用超声波的高频振动来产生机械振动，从而实现物体的运动。超声波马达具有结构简单、体积小、响应速度快、精度高等优点，因此在工业、医疗、家电等领域得到了广泛应用。

超声波马达的结构

超声波马达由振动器、负载、驱动电路和控制电路组成。振动器是超声波马达的核心部件，它由压电陶瓷材料制成，具有高频振动的特性。负载是超声波马达的工作对象，它可以是机械臂、机器人、医疗器械等。驱动电路是超声波马达的动力源，它通过控制振动器的电压和频率来实现超声波的产生。控制电路则负责控制超声波马达的运动方向、速度和停止等操作。

超声波马达的工作原理

超声波马达的工作原理是利用压电陶瓷材料的特性来产生机械振动。当电压施加在压电陶瓷材料上时，它会发生形变，从而产生机械振动。这种振动是高频的，通常在20kHz以上，因此被称为超声波。超声波的振幅和频率可以通过控制电压和频率来调节。

当超声波传播到负载上时，它会产生机械振动，从而实现物体的运

动。由于超声波的频率很高，因此它可以产生非常小的振幅，从而实现高精度的运动。此外，超声波的传播速度很快，因此它可以实现非常快速的响应速度。

超声波马达的应用

超声波马达在工业、医疗、家电等领域得到了广泛应用。在工业领域，超声波马达可以用于机械臂、机器人、自动化生产线等设备的驱动。在医疗领域，超声波马达可以用于超声波诊断、手术器械等设备的驱动。在家电领域，超声波马达可以用于电动牙刷、洗衣机、空气净化器等设备的驱动。

超声电机原理

超声电机是一种利用超声波振动产生的驱动力来驱动转子旋转的电机。它具有

体积小、转速高、响应速度快等特点，在现代工业生产中得到了广泛的应用。超声电机的工作原理主要包括超声波振动产生、超声波传递和转子驱动三个方面。

首先，超声电机的工作原理是利用压电效应产生超声波振动。压电效应是指某

些晶体在受到外力作用时会发生形变，产生电荷分布不均，从而产生电场的现象。当外加电压作用于压电晶体时，晶体会发生机械振动，产生超声波。这种超声波的频率通常在20kHz以上，能够提供足够的驱动力来驱动转子旋转。

其次，超声波通过传感器传递到转子上。传感器通常由压电陶瓷和金属片组成，当超声波传递到传感器上时，压电陶瓷会产生振动，从而使金属片发生弯曲变形。这种弯曲变形会产生一个周期性的力，作用在转子上，从而驱动转子旋转。由于超声波的频率很高，转子可以以非常快的速度旋转，因此超声电机具有响应速度快的特点。

最后，转子受到超声波的驱动而旋转。超声波通过传感器传递到转子上后，产

生的周期性力会使转子发生旋转。由于超声波的频率高，转子旋转的速度也会非常快，可以达到几千转/分钟甚至更高的转速。这种高速旋转的特点使得超声电机在

一些需要高速驱动的场合具有很大的优势。

总的来说，超声电机是一种利用超声波振动产生的驱动力来驱动转子旋转的电机。它的工作原理主要包括超声波振动产生、超声波传递和转子驱动三个方面。超声电机具有体积小、转速高、响应速度快等特点，在现代工业生产中得到了广泛的应用。希望通过本文的介绍，读者对超声电机的工作原理有了更深入的了解。

超声波电机

超声波电动机与传统电磁电动机相比，超声波电动机与传统电磁电动机相比，它具有
惯量小、响应快、控制特性好、不受磁场影响，其本身亦不产生磁场、运动准确等特点。特别是它具有重量轻、结构简单、效率高、噪声低、低速时输出大转矩以及直接驱动负载等优点。它不需要附加齿轮变速机构，避免了使用齿轮变速而产生的振动、冲击与噪声、低效率、难控制等一系列问题。
工作原理图
三、分类及优缺点
1.分类分类
超声波电机按运动方式可分为旋转型和直线移动型。从驱动方法上超声电机可分成驻波驱动、行波驱动和蠕动型电机。按结构分为圆盘型、圆管型、棒型、平板型、π型等等。按驱动原理分为行波型、驻波型。按运动维数分为一个自由度、两个自由度和三个自由度超声电机。具体模型如：环形行波超声波电机、小型柱体摇头摆型超声波电机、步进超声波电机、三自由度球形超声波电机。
利用电能激励压电复合振子，当电信号频率调整到与定子的机械共振频率一致时，定子的振动幅度最大。再借助定转子之间的预压力产生摩擦驱动力。于是与定子接触的转子摩擦驱动，实现了转动或平动。另外加大预压力使摩擦力增加，则力矩变大。压电元件和弹性体构成定子，定转子之间夹一层摩擦材料。一般摩擦材料粘接在转子表面上。
基座:包括对输出轴空间定位的标准球轴承基座包括对输出轴空间定位的标准球轴承和用内而言孔对上述定子进行空间定位的基座. 输出轴:包括中空的中心轴包括中空的中心轴，输出轴包括中空的中心轴，该中心轴靠近转子一端的轴键，转子一端的轴键，靠近中心轴下端有螺纹处的环形垫圈和预紧螺母. 的环形垫圈和预紧螺母转动环：可由不锈钢，硬铝或塑料等制成。转动环：可由不锈钢，硬铝或塑料等制成。摩擦材料：摩擦材料：摩擦材料必须牢固的粘结在转子或定子的表面，或定子的表面，从而增加定转子

超声波电动机及其驱动控制器通用技术条件

超声波电动机及其驱动控制器通用技术条件是指超声波电动机及其驱

动控制器的技术规范和标准，它们是超声波电动机及其驱动控制器生

产和使用的基础。超声波电动机及其驱动控制器是一种新型的电动机

和控制器，它们具有高效、低噪音、低振动、高精度等优点，广泛应

用于机器人、医疗设备、精密仪器等领域。

超声波电动机是一种利用超声波振动产生的机械振动来驱动转子旋转

的电动机。它的工作原理是利用超声波振动产生的机械振动来驱动转

子旋转，从而实现电动机的转动。超声波电动机具有高效、低噪音、

低振动、高精度等优点，广泛应用于机器人、医疗设备、精密仪器等

领域。

超声波电动机的驱动控制器是一种用于控制超声波电动机转速和方向

的电子设备。它的主要功能是控制超声波电动机的转速和方向，从而

实现超声波电动机的精确控制。超声波电动机的驱动控制器具有高效、低噪音、低振动、高精度等优点，广泛应用于机器人、医疗设备、精

密仪器等领域。

超声波电动机及其驱动控制器通用技术条件包括以下方面：

1. 性能指标：超声波电动机及其驱动控制器的性能指标包括转速、转矩、功率、效率、噪音、振动等。

2. 外观尺寸：超声波电动机及其驱动控制器的外观尺寸应符合国家标准和行业标准。

3. 工作环境：超声波电动机及其驱动控制器的工作环境应符合国家标准和行业标准。

4. 安全性能：超声波电动机及其驱动控制器的安全性能应符合国家标准和行业标准。

5. 可靠性能：超声波电动机及其驱动控制器的可靠性能应符合国家标准和行业标准。

6. 电气性能：超声波电动机及其驱动控制器的电气性能应符合国家标准和行业标准。

超声波电动机

dy 2 2 0 cos x 0t dx
所以
2 x 0 cos x 0t h
特种电机及其控制
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第6章超声波电动机
B.弹性体表面的椭圆运动
y x 1 0 0 h
特种电机及其控制
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第6章超声波电动机
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。
特种电机及其控制
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超声波电动机的不同命名：如振动电动机(Vibration Motor)、压电电动机(Piezoelectric Motor)、表面波电动机(Surface Wave Motor)、压电超声波电动机(Piezoelectric Ultrasonic Motor)、超声波压电驱动器/执行器(Ultrasonic piezoelectric actuator)等等。
y 0 cos
2

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