第八章-超声波电机
新型电动机设计实用技术手册
新型电动机设计实用技术手册作者：蒋方山出版社：3册opy出版日期：2009年8月开本：16开册数：3册光盘数：0定价：798元优惠价：368元进入20世纪，书籍已成为传播知识、科学技术和保存文化的主要工具。
随着科学技术日新月异地发展，传播知识信息手段，除了书籍、报刊外，其他工具也逐渐产生和发展起来。
但书籍的作用，是其他传播工具或手段所不能代替的。
在当代, 无论是中国，还是其他国家，书籍仍然是促进社会政治、经济、文化发展必不可少的重要传播工具。
详细介绍：新型电动机设计实用技术手三册第一章多速异步电动机设计第一节概述第二节单绕组多速异步电动机的变极原理第三节用安导调制法设计反向变极绕组第四节用“槽号相位图法”设计反向变极绕组第五节用“槽号相位图法”设计换相变极绕组第六节单绕组三速电动机变极绕组设计第七节双绕组四速电动机变极绕组设计第八节变极绕组磁动势的谐波分析第九节单绕组双速异步电动机的设计特点第二章锥形异步电动机设计第一节概述第二节锥形异步电动机的类型和使用特点第三节额定数据和要求第四节设计分析与计算第五节电磁设计要点第六节锥形算步电动机电磁计算程序和算例第七节双速锥形异步电动机的设计第三章潜水异步电动机设计第一节潜水电动机的类型第二节潜水异步电动机的结构第三节井用潜水三相异步电动机设计计算第四节通用潜水电动机设计计算第五节矿用隔爆型潜水电动机设计计算第六节潜水单相异步电动机设计新型电动机设计实用技术手第四章实心转子与复合转子异步电动机设计第一节概述第二节实心转子异步电动机的等效电路第三节实心转子异步电动机的转子参数第四节实心转子异步电动机的磁场分析第五节实心转子异步电动机的派生结构及性能改进第六节双层转子异步电动机第七节复合转子异步电动机第八节实心转子和复合转子三相异步电动机的设计计算第五章三相盘式异步电动机设计第一节概述第二节盘式异步电动机结构型式和生产工艺第三节三相盘式异步电动机的主要尺寸和设计的基本关系式第四节盘式异步电动机的磁路特点和计算方法第五节盘式异步电动机的绕组设计第六节盘式异步电动机的参数、损耗和性能计算第六章直线异步电动机设计第一节概述第二节直线异步电动机的结构第三节直线异步电动机的工作原理第四节直线异步电动机的气隙磁场第五节直线异步电动机的等效电路第六节直线异步电动机的设计要点新型电动机设计实用技术手第一章特种电机概述第一节特种电机的定义与类型第二节特种电机的应用第三节特种电机的发展方向第二章无刷直流电动机及其控制系统第一节无刷直流电动机组成与特点第二节三相无刷直流电动机的主电路及其工作方式第三节无刷直流电动机的电枢反应第四节无刷直流电动机的基本公式第五节无刷直流电动机的运行特性第六节无刷直流电动机的转矩脉动第七节无刷直流电动机转子位置信号的检测第八节无刷直流电动机的控制原理及其实现第九节无刷直流电动机控制专用集成电路及其应用第十节无刷直流电动机的单片机控制第十一节基于,- 的无刷直流电动机无位置传感器控制第三章开关磁阻电机及其控制系统第一节开关磁阻电动机传动系统的组成与特点第二节开关磁阻电机的基本方程与性能分析第三节开关磁阻电动机的控制原理.第四节开关磁阻电动机的功率变换器第五节开关磁阻电动机传动系统的反馈信号检测第六节开关磁阻电动机的控制系统原理及其实现第七节基于./ 单片机的开关磁阻电动机控制器第八节基于01,.23. ,- 的开关磁阻电动机控制器第九节开关磁阻发电机新型电动机设计实用技术手第四章步进电动机及其控制第一节步进电动机的结构与工作原理第二节反应式步进电动机的特性第三节步进电动机驱动控制器的构成第四节步进电动机的功率驱动电路第五节步进电动机的角度细分控制第六节步进电动机的单片机控制第五章直线电动机第一节直线电动机概述第二节直线感应电动机第三节直线直流电动机第六章盘式电机第一节盘式电机概况第二节盘式直流电机第三节盘式永磁同步电机的结构和特点第七章超声波电动机第一节超声波电动机概况第二节超声波电动机的常见结构与分类第三节行波型超声波电动机的运行机理第四节行波型超声波电动机的驱动控制第一章励磁控制方式的演进与发展第一节励磁控制方式概述第二节线性多变量综合控制器第三节非线性我变量励梯控制器第四节电力系统电压调节器,-./第二章励磁系统性能的评价第一节励磁系统的静态特性第二节励磁系统的暂态响应第三章励磁系统的设计第一节励磁系统的控制特性第二节励磁系统的设计第三节励磁系统的规范第四节励磁装置与高次谐波新型电动机设计实用技术手第四章三相桥式整流线路的基本特性第一节概述第二节三相桥式整流器工作原理第三节第种换相状态第四节换相角第五节整流电压平均值第六节整流电压瞬时值第七节元件电流有效值第八节交流电流基波及谐波值第九节整流装置的功率因数第十节第种换相状态第十一节第种换相状态第十二节整流外特性曲线第十三节三相桥式逆变线路的工作原理第五章无刷励磁系统设计第一节无刷磁系统的发展第二节无刷励磁机组的结构第三节无刷励磁系统的技术规范第四节无刷励磁系统的组成第五节交流励磁机的电压响应特性牲第六节无刷励磁系统的控制放特性第七节无刷励磁系统的数学模型第八节发电机励磁参数的检测及故障报警第六章他励晶闸整流器励磁系统第二节他励晶闸管整硫器励磁系统的物征第三节谐波电流负载对辅助发电面电磁特性的影响第四节他励晶闸管整流器励磁系统参数计算第五节具有离、低压桥式整流器的他励晶闸管励磁系统第六节高、低压桥式整流线路参数的计算第七节他励昌闸管整流器励磁系统的暂态过程新型电动机设计实用技术手第七章静止晶闸管整流器自励励磁系统第一节概述录第二节自励晶闸管励磁系统的特征第三节自励晶闸管励磁系统的轴电压第四节低励限制与失磁保护的整定配合第五节励磁变压器的保护方式第八章自动励磁调节器第一节概述第二节数字控制的理论基础第三节数字采样与信号变换第四节控制运算第五节标么值的设定第六节数字式移相触发器第七节三相全控桥式整流线路的外特性第八节数字式励磁系统的描述第九章励磁变压器第一节概述第二节环氧干式励磁变压器的结构特征第三节环氧干式励磁变压器技术规范第四节励磁变压器的交流阻容保护新型电动机设计实用技术手第十章同步发电机的灭磁及转子过电压保护第一节概述第二节灭磁系统性能的评价第三节灭磁系统的特征第四节饱和对灭磁的影响第五节阻尼绕组回路对灭磁的影响第六节灭磁电阻的选择第七节灭磁方式的展望第八节发电机转子回路的过电压保护第九节过电压保护回路的设计原则新型电动机设计实用技术手开关磁阻调速电动机的设计与控制第一章开关磁阻调速电动机的基本原理第一节系统组成及工作原理第二节常用分析与计算方法第二章开关磁阻调速电动机的控制策略第一节起动控制第二节换相控制第三节固定导通角,-. 调速控制第四节变导通角调速控制第五节制动控制第六节正、反转对称控制第三章开关磁阻电动机的电磁设计第一节主要技术指标第二节主要参数及尺寸与电磁转矩的关系第三节主要尺寸的确定第四节定子绕组设计,第五节设计步骤及实例,新型电动机设计实用技术手第四章开关磁阻调速电动机功率变换器设计- 第一节功率变换器主电路的选用原则-第二节功率开关器件的选用及驱动电路设计第三节功率变换器设计方法,第四节低压供电功率变换器设计实例,-第五章开关磁阻电机操作应用实例第一节工矿电机车传动系统第二节高速传动系统-第三节通用传动系统-第四节发电机系统--第六章开关磁阻调速电动机系统设计-第一节主要功能-第二节软件结构第一章超声波电机基础第一节超声波基础第二节驻波和行进波第三节瑞利波与弯曲波.第四节机械摩擦第五节压电陶瓷和振动子.,新型电动机设计实用技术手第二章振动方向变换型超声波电机第一节概述第二节楔子型超声波电机第三节扭转耦合子型超声波电机第三章行进波型超声波电机,第一节波的基本方程式,第二节弦的振动、驻波和行进波第三节行进波参数.第四节行进波的产生及梁的波动方程式第五节梁的振动和椭圆运动的形成第六节回转体上的行进波第七节行波型超声波电机的设计与试制第四章对称型超声波电机第一节电机结构与驱动原理第二节试验方法、试验结果及分析第三节特点及结论新型电动机设计实用技术手第五章纵扭复合型超声波电机第一节概述第二节运行原理第三节试验方法及其结果第六章超声波直线电机第一节概述第二节结构及驱动原理第三节设计方法第四节工作特性和结论第七章超声波悬浮直线电机第一节概述第二节浮动物体的平衡原理第三节振动源第四节平衡力的数值分析第五节实测与结论第八章超声波电机的应用第一节概述第二节超声波电机的应用第三节超声波电机技术展望第六篇防爆电机的设计与安全控制系统第一章国际防爆电机的发展趋势第一节国外防爆电动机品种第二节国外防爆电动机企业和市场第三节行业活动第四节防爆电动机研究和发展情况第五节防爆技术水平第六节防爆电动机发展趋势第二章防爆电机结构设计特点第一节火灾与爆炸危险环境的划分第二节防爆基本知识第三节隔爆型防爆电机结构设计特点第四节增安型防爆电机设计特点第三章影响防爆电机长周期运行的因素第一节电机运行的现状及问题第二节电机设计方面存在的问题第三节电机制造工艺方面存在的问题第四节电机检修拆装方面存在的问题新型电动机设计实用技术手第四章为防爆电机长周期运行而进行改造的几个实例第五章科研及其应用第一节有关爆炸性物质的性质的研究第二节有关防爆电气设备的研究7第三节大型防爆电动机箱体环流引起爆炸事故及其研究8 第六章国际防爆检验研究机构第一节联邦德国物理技术研究院第二节英国电气设备认证中心第三节挪威电工材料试验所第四节日本产业安全研究所第五节美国保险商试验所第六节美国工厂联研会第七节加拿大标准协会第八节澳大利亚煤矿安全试验和研究站新型电动机设计实用技术手第一章共振式直线电机模型的机电分析第一节双质体振动机械在机电共振状态下的力学分析第二节共振式直线电机初级模型的机电分析第三节共振式直线电机中级模型的机电分析第四节共振式直线电机高级模型的机电分析第二章电机参数的优化设计3第一节多数模接续和多因素递增的优化算法3第二节电机结构参数的计算3第三节电机高级模型优化设计的目标函数第四节显化参量逐次逼近算法第五节电机优化设计的程序框图第六节实验结果分析第三章共振式直线电机电磁场与电磁力的有限元分析第一节直线电机磁场的数值计算第二节直线电机电磁吸力特性的数值计算第三节实例计算分析第四章忽略铁磁阻时共振式直线电机高级模型的机电分析第一节求解主磁通和磁压降的边值问题第二节求磁通链与电流的关系第三节电流与电压的关系第四节电磁力的分析和推理第五节电机优化设计的目标函数新型电动机设计实用技术手第五章共振式直线电机及其变流器的总体功率因数研究第一节直线电机的功率因数分析第二节变流器的视在功率传输比第三节电网侧总体功率因数分析第四节实验结果及结论第一章微特电机的分类与发展趋势第一节微特电机的基本用途第二节微特电机的分类第三节微特电机的基本要求第四节微特电机的发展概况和发展趋势第二章伺服电动机与伺服系统第一节概述第二节直流伺服电动机第三节直流力矩电动机第四节交流异步伺服电动机第五节交流同步伺服电动机第六节数字化交流伺服系统第七节伺服电动机应用举例第三章测速发电机第一节概述第二节直流测速发电机第三节交流异步测速发电机第四节测速发电机的应用举例新型电动机设计实用技术手第四章自整角机第一节概述第二节力矩式自整角机第三节控制式自整角机第四节差动式自整角机第五节其它型式的自整角机第六节多台自整角接收机的并联运行第七节自整角机应用举例第五章旋转变压器第一节概述第二节正余弦旋转变压器第三节线性旋转变压器第四节旋转变压器的误差及其改进措施第五节双通道测角系统与多极旋转变压器第六节感应移相器第七节感应同步器第八节数字式旋转变压器第九节旋转变压器产品的选择与使用第十节旋转变压器的应用举例新型电动机设计实用技术手第六章单相交流串励电动机第一节概述第二节单相串励电动机的基本结构和工作原理第三节单相串励电动机的工作特性第四节单相串励电动机的调速第五节单相串励电动机产生的干扰及其抑制措施第六节单相串励电动机的应用新型电动机设计实用技术手新型电动机设计实用技术手新型电动机设计实用技术手册新型电动机设计实用技术手册新型电动机设计实用技术手册新型电动机设计实用技术手三册第一章多速异步电动机设计第一节概述第二节单绕组多速异步电动机的变极原理第三节用安导调制法设计反向变极绕组第四节用“槽号相位图法”设计反向变极绕组第五节用“槽号相位图法”设计换相变极绕组第六节单绕组三速电动机变极绕组设计第七节双绕组四速电动机变极绕组设计第八节变极绕组磁动势的谐波分析第九节单绕组双速异步电动机的设计特点第二章锥形异步电动机设计第一节概述第二节锥形异步电动机的类型和使用特点第三节额定数据和要求第四节设计分析与计算第五节电磁设计要点第六节锥形算步电动机电磁计算程序和算例第七节双速锥形异步电动机的设计第三章潜水异步电动机设计第一节潜水电动机的类型第二节潜水异步电动机的结构第三节井用潜水三相异步电动机设计计算第四节通用潜水电动机设计计算第五节矿用隔爆型潜水电动机设计计算第六节潜水单相异步电动机设计新型电动机设计实用技术手第四章实心转子与复合转子异步电动机设计第一节概述第二节实心转子异步电动机的等效电路第三节实心转子异步电动机的转子参数第四节实心转子异步电动机的磁场分析第五节实心转子异步电动机的派生结构及性能改进第六节双层转子异步电动机第七节复合转子异步电动机第八节实心转子和复合转子三相异步电动机的设计计算第五章三相盘式异步电动机设计第一节概述第二节盘式异步电动机结构型式和生产工艺第三节三相盘式异步电动机的主要尺寸和设计的基本关系式第四节盘式异步电动机的磁路特点和计算方法第五节盘式异步电动机的绕组设计第六节盘式异步电动机的参数、损耗和性能计算第六章直线异步电动机设计第一节概述第二节直线异步电动机的结构第三节直线异步电动机的工作原理第四节直线异步电动机的气隙磁场第五节直线异步电动机的等效电路第六节直线异步电动机的设计要点新型电动机设计实用技术手第一章特种电机概述第一节特种电机的定义与类型第二节特种电机的应用第三节特种电机的发展方向第二章无刷直流电动机及其控制系统第一节无刷直流电动机组成与特点第二节三相无刷直流电动机的主电路及其工作方式第三节无刷直流电动机的电枢反应第四节无刷直流电动机的基本公式第五节无刷直流电动机的运行特性第六节无刷直流电动机的转矩脉动第七节无刷直流电动机转子位置信号的检测第八节无刷直流电动机的控制原理及其实现第九节无刷直流电动机控制专用集成电路及其应用第十节无刷直流电动机的单片机控制第十一节基于,- 的无刷直流电动机无位置传感器控制第三章开关磁阻电机及其控制系统第一节开关磁阻电动机传动系统的组成与特点第二节开关磁阻电机的基本方程与性能分析第三节开关磁阻电动机的控制原理.第四节开关磁阻电动机的功率变换器第五节开关磁阻电动机传动系统的反馈信号检测第六节开关磁阻电动机的控制系统原理及其实现第七节基于./ 单片机的开关磁阻电动机控制器第八节基于01,.23. ,- 的开关磁阻电动机控制器第九节开关磁阻发电机新型电动机设计实用技术手第四章步进电动机及其控制第一节步进电动机的结构与工作原理第二节反应式步进电动机的特性第三节步进电动机驱动控制器的构成第四节步进电动机的功率驱动电路第五节步进电动机的角度细分控制第六节步进电动机的单片机控制第五章直线电动机第一节直线电动机概述第二节直线感应电动机第三节直线直流电动机第六章盘式电机第一节盘式电机概况第二节盘式直流电机第三节盘式永磁同步电机的结构和特点第七章超声波电动机第一节超声波电动机概况第二节超声波电动机的常见结构与分类第三节行波型超声波电动机的运行机理第四节行波型超声波电动机的驱动控制第一章励磁控制方式的演进与发展第一节励磁控制方式概述第二节线性多变量综合控制器第三节非线性我变量励梯控制器第四节电力系统电压调节器,-./第二章励磁系统性能的评价第一节励磁系统的静态特性第二节励磁系统的暂态响应第三章励磁系统的设计第一节励磁系统的控制特性第二节励磁系统的设计第三节励磁系统的规范第四节励磁装置与高次谐波新型电动机设计实用技术手第四章三相桥式整流线路的基本特性第一节概述第二节三相桥式整流器工作原理第三节第种换相状态第四节换相角第五节整流电压平均值第六节整流电压瞬时值第七节元件电流有效值第八节交流电流基波及谐波值第九节整流装置的功率因数第十节第种换相状态第十一节第种换相状态第十二节整流外特性曲线第十三节三相桥式逆变线路的工作原理第五章无刷励磁系统设计第一节无刷磁系统的发展第二节无刷励磁机组的结构第三节无刷励磁系统的技术规范第四节无刷励磁系统的组成第五节交流励磁机的电压响应特性牲第六节无刷励磁系统的控制放特性第七节无刷励磁系统的数学模型第八节发电机励磁参数的检测及故障报警第六章他励晶闸整流器励磁系统第一节概述第二节他励晶闸管整硫器励磁系统的物征第三节谐波电流负载对辅助发电面电磁特性的影响第四节他励晶闸管整流器励磁系统参数计算第五节具有离、低压桥式整流器的他励晶闸管励磁系统第六节高、低压桥式整流线路参数的计算第七节他励昌闸管整流器励磁系统的暂态过程新型电动机设计实用技术手第七章静止晶闸管整流器自励励磁系统第一节概述录第二节自励晶闸管励磁系统的特征第三节自励晶闸管励磁系统的轴电压第四节低励限制与失磁保护的整定配合第五节励磁变压器的保护方式第八章自动励磁调节器第一节概述第二节数字控制的理论基础第三节数字采样与信号变换第四节控制运算第五节标么值的设定第六节数字式移相触发器第七节三相全控桥式整流线路的外特性第八节数字式励磁系统的描述第九章励磁变压器第一节概述第二节环氧干式励磁变压器的结构特征第三节环氧干式励磁变压器技术规范第四节励磁变压器的交流阻容保护新型电动机设计实用技术手第十章同步发电机的灭磁及转子过电压保护。
超声波电机等效电路
超声波电机等效电路介绍超声波电机是一种利用超声波技术驱动电机运动的装置，它能够实现高效、精准的动力传输。
超声波电机利用超声波振动产生电磁感应，从而驱动电机运动。
为了更好地了解超声波电机的工作原理和性能，需要进行等效电路建模。
等效电路模型超声波电机可以用等效电路模型来描述，这有助于我们更好地理解其工作原理和性能。
超声波电机的等效电路模型一般包括以下几个部分：1. 激励电源激励电源为超声波电机提供动力驱动。
它可以是直流电源、交流电源或其他形式的能量输入。
2. 超声波振荡器超声波振荡器是超声波电机的核心部件，它通过产生超声波振动，实现与电机之间的能量转换。
超声波振荡器可以采用压电材料或磁致伸缩材料。
3. 电磁感应装置超声波电机通过电磁感应装置将超声波振动转换为电磁力，从而驱动电机运动。
电磁感应装置一般由线圈和磁铁组成。
4. 电机电机是超声波电机的输出部件，它将电磁力转换为机械运动。
电机可以是直流电机、交流电机或其他类型的电机。
超声波电机的等效电路模型基于以上几个部分，可以建立超声波电机的等效电路模型。
其主要包括以下几个元件：1. 电源模型超声波电机所采用的电源可以用电源模型来描述。
对于直流电源，可以将其视为恒定电压源；对于交流电源，可以视为交流电压源。
电源模型可以用符号表示，如下所示：------|+|------V | ||-|其中，V表示电源的电压。
2. 振荡器模型超声波电机的振荡器可以用振荡器模型来描述。
振荡器模型包括一个表示振荡频率的元件，并与电源模型相连。
振荡器模型可以用符号表示，如下所示：--------|+|-----------------|+|--------| | | ||-| f |-|| |--------- ----------其中，f表示振荡频率。
3. 电磁感应装置模型超声波电机的电磁感应装置可以用电感和电阻模型来描述。
电感模型表示电磁感应装置的电感特性，电阻模型表示电磁感应装置的电阻特性。
超声波电机
电机学超声波电机2012年11月20日简介超声波电机（Ultrasonic Motor，简称USM）是20世纪80年代中期发展起来的一种全新概念的新型驱动装置。
超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应——在交变电场作用下，陶瓷会产生伸缩的现象——直接将电能转变成机械能，这种电机的工作频率一般在20kHz以上，故称为压电超声波电机。
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。
超声波电机实物图如下：一．发展1.探索阶段(1948年——20世纪70年代末)1）超声波电动机的概念出现于1948年，英国的Williams和Brown 申请了“压电电动机(Piezoelectric Motor)”的专利，提出了将振动能作为驱动力的设想，然而由于当时理论与技术的局限，有效的驱动装置未能得以实现。
2）1961年，Bulova Watch Ltd．公司首次利用弹性体振动来驱动钟表齿轮，工作频率为360Hz，这种钟表走时准确，每月的误差只有一分钟，打破了那个时代的纪录，引起了轰动。
3）前苏联学者V. V. Lavrinenko 于1964年设计了第一台压电旋转电机，此后前苏联在超声波电机研究领域一度处于世界领先水平，如设计了用于微型机器人的有2 或3 个自由度的超声波电机、人工超声肌肉及超声步进电机等。
不过，由于语言等方面的原因, 前苏联的一些重要研究成果并未被西方科学界所充分了解。
4）1969 年，英国Salfod 大学的两名教授介绍了一种伺服压电电机，这种电机采用二片式压电体结构，其速度、运动形式和方向都可以任意变化，响应速度也是传统结构电机所不能及的。
超声波电动机
人耳能感知的声音频率，约为50Hz ～20kHz之范围，因此超声波为20kHz 以上频率之音波或机械振动。超声波电 动机与传统的电磁式电动机不同,它是 利用压电陶瓷的逆压电效应，将超声振 动作为动力源的一种新型电动机，其外 形如图所示。
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。
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
一、超声波电动机的结构和工作原理
1.超声波电动机的结构 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。
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、医疗理分析 2. 超声波电动机的特点和应用
超声波电机在医疗领域的应用
超声波电机在医疗领域的应用摘要：本文主要介绍了一种利用逆压电效应获得驱动力的的新型电机——超声波电机。
通过说明超声波电机的特定优点及工作原理，分析并展望了超声波电机在医疗领域等方面的应用。
关键词：超声波电机；医疗领域；注射器；内窥镜探头；多自由度关节1 引言超声波电动机是一种借助摩擦传递弹性超声波振动来获得驱动力的新型电机，和传统的电磁式电机的工作机理不同，超声波电机内部没有线圈和磁体，不需要通过电磁作用产生驱动力，这使其它具有低速大转矩、体积小、重量轻、无电磁干扰、响应速度快、运行时无噪声、断电自锁等特定优点。
上个世纪八十年代，日本的指田年生首次提出并制造出了一种可应用的驻波型超声波电机。
继而，国内外开始投入了很多力量对超声波电机进行应用研究。
在过去的几十年里，医疗领域是微电机技术应用最具代表性的领域之一，超声波电机在医疗领域的应用研究也一直都是焦点。
人们利用微型超声波电机攻克了一些医疗领域的技术难题。
2 超声波电机的原理2.1压电效应一般在电场作用下，某些电介质在沿一定方向上受到外力作用而变形，带电粒子发生极化，某些介质也可以在纯机械应力作用下发生极化，并同时在两端表面内出现正负相反的电荷，这种现象称为正压电效应；反之，将电介质置于外电场中，在电场的作用下，这些介质会发生位移，随之电介质发生形变，当电场去掉后变形也消失，这种现象称为逆压电效应，也叫电致伸缩效应。
正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。
2.2超声波电机的工作原理超声波电机是基于压电材料的逆压电效应或电致伸缩效应使其电机定子产生微观机械振动，从而使用定子表面质点形成椭圆运动，然后通过定子和转子之间的摩檫力，将电能转换为机械能输出，从而驱动转子的运动。
超声波电机内部结构一般由振动体（定子）和移动体（转子）组成，振动体由压电陶瓷和金属弹性材料组成，移动体有弹性体和摩擦材料等组成。
3 医疗领域的发展随着我国经济的发展和人民生活的改善，医疗服务的需求逐步增加，我国的医疗领域技术也面临着新的挑战。
超声波电机工作原理
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。
第八章 超声波电机
1. 楔形超声波电机
电机主要由兰杰文振子、振子前端的
楔形振动片和转子三部分组成。振子
的端面沿长度方向振动，楔形结构振 动片的前端面与转子表面稍微倾斜接
图8-11 楔形超声波电机
触，诱发振动片前端向上运动的分量，
形成横向共振。纵、横向振动合成的结果，使振动片前端质点的运 动轨迹近似为椭圆。这种电机的优点：结构简单。缺点：在振动片 与转子接触处摩擦严重；仅能单方向旋转，且调速困难。
图8-9 典型的运行特性
8.4 行波型超声波电机的驱动与控制
8.4.1 速度控制方法
8.4.2 驱动控制电路
、
8.4.1 速度控制方法
转子运动速度的最大值为
vxmax kh00
条件： A B 0
kh0AB sin
2
2
仅有激励电压不对称时，最大速度为
情况为例，设定子在静止状态下与转子
表面有一微小间隙。当定子产生超声振 动时，其上的接触摩擦点A做周期运动，
其轨迹为一椭圆。当A点运动到椭圆的上
半圆时，将与转子表面接触，并通过摩 擦作用拨动转子旋转；当A点运动到椭圆
的下半周时，将与转子表面脱离，并反
向回程。如果这种椭圆运动连续不断的 进行下去，则对转子就具有连续定向的
8.3.4 电机的运行特性
超声波电机的运行特性主要是指转速、效率、输出功率等与输出转
矩之间的关系。这些特性与电机的类型、控制方式等有关。
机械特性：超声波电机的机械特性 与直流电动机类似，但电机的转速 随着转矩的增大下降更快，并且呈 现明显的非线性。 效率特性：超声波电机的最大效率 出现在低速、大转矩区域，因此适 合低速运行。目前环形行波型超声 波电机的效率一般不超过45%。
超声波电机的结构
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。
超声波电机的工作原理
超声波电机的工作原理
1 超声波电机
超声波电机是一种新型的无极变速电机，它的概念来源于无极步
进电机的原理。
它的基本原理是利用来自多个超声波发射器的超高频
信号来改变电机的转速。
这对传统的步进电机的控制有着巨大的改变。
构成
超声波电机的主要组件由多个超声波发射器、接收器和控制电路
组成。
每个超声波发射器负责将一定频率的超声波脉冲发送出去。
接
收器将接收电机发出的超声波脉冲转变为电信号，然后经由控制电路
对电机进行控制。
原理
超声波电机是一种发射和接收超声波信号来控制电机转速的无极
变速器。
当多个超声波发射器发送超声波信号时，电机体内的接收器
将接收到超声波信号，并将之转化为电信号。
控制电路则接收到转变
后的电信号，根据其不同频率来控制电机的转速或者是发出停止命令。
优势
超声波电机拥有无极变速电机的许多优点，其输出功率强、切换
灵活，不受电源造成的噪声干扰，稳定且高效。
此外，超声波电机的
信号可以传播任何距离，不受任何电磁干扰。
最后，超声波电机还可
以通过调整频率来改变电机的转速，从而满足用户对变速的要求。
结论
超声波电机的技术并不难，但它的应用非常广泛。
它能解决很多变速性能低、受电源影响大等方面的问题，同时满足大多数应用情况下的控制要求，而且具有很好的稳定性、高效率。
超声电机的原理、优点及其应用领域
雷宇涛机电——压电马达, 超声电机, 精密平台, 光学显微镜超声电机的原理、优点及其应用领域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。
生产厂家南京雷宇涛机电科技有限公司主要从事超声电机及其应用系统的研发、制造及销售的企业。
同时是目前国内能实现规模化生产行波型旋转超声电机及系统应用的企业。
该公司所生产的超声电机具有以下优点：超声电机的优点与传统电机相比，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，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。
雷宇涛机电——压电马达, 超声电机, 精密平台, 光学显微镜。
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。
三、工作原理超声电机的机理是基于压电陶瓷的换能器，利用压电陶瓷的逆压电效应．把电能转换成机械能。
本文所提的电机采用的是薄片状压电陶瓷，沿厚度方向极化，压电振子的振动模式是垂直于极化方向的伸缩振动。
在两组压电陶瓷元件上分别施加相位差为π/2的同频率(超声频段内)、等幅麦变电压，通过压电陶瓷元件的逆压电效，可以在定于的模态频率上激发出幅值相等、在时间和空间上均相差π/2的模态响应。
浅谈超声波电机
胜 任 ， 超 声 波 电机 就 再 合 适 不 过 了 。 声 而 超 波 电机 本 身 也 不 产 生 磁 场 ， 受 电 磁 电 机 易 （ ） 电 自锁 。 声 波 电 机 断 电 时 由于 的 磁 场 影 响 的 装 置 ， 采 用 超 声 波 电机 。 ６断 超 可 定 、 子 间静 摩 擦 力 的作 用 ， 电机 具 有 较 转 使 （ ） 动 微 型 机 械 。 型 机 械 作 为 一 个 ２带 微 大 的 静 态 保 持 力矩 ， 现 自锁 ， 去 制 动 闸 崭 新 的研 究领 域 ， 起 于 ８ 年 代 末 期 ， 已 实 省 崛 ０ 现 保持 力矩 ， 化定位控 制。 简 （ ） 行 无噪 声 。 ７运 由于 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 ， 速时产生大 转矩 ， 低 无齿 轮 减 速 机 构 ， 运行非 常安静 。 （ ） 实 现 工 业 自动 化 流 水 线 生 产 。 ８易 超
超 声 波 电 机 是 近 ３ 年 发 展 起 来 的 一 种 ０ 新型 驱动器 ， 究成 果在宇航 、 器人 、 研 机 汽 车 、 美 定位 、 精 医疗 器械 、 型 机 械 、 物 及 微 生 遗传学 工程等 领域都 已取得成 功的应 用。 由于 其具 有 低 速 、 转 矩 、 电 磁 噪 声 、 大 无 电 磁 兼 容 性 （ Ｍｃ） 、 构 简 单 、 计形 式 灵 Ｅ 好 结 设 活、 自由 度 大 ， 实 现 小 型 化 和 多 样 化 、 易 动 态 响 应 快 、 制 性 能 好 、 位 移 特 性 、 电 控 微 断 自锁 、 行 无噪 声 、 低 温 、 空 ， 合 太空 运 耐 真 适 环 境 、 易实 现 工业 自动 化流 水 线 等特 点 ， 其 具 有 更 为 广 泛 的 应 用 前 景 。 采 用 了全 它 新的原理和结构 ， 不需 要 磁 铁 和 线 圈 ， 而是 利 用 压 电 材 料 的 逆 压 电效 应 和 超 声 振 动 直 接 获 得运 动 和 力 （ ） 。 打 破 了迄 今 为止 矩 的 它 由 电 磁 效 应 获 得 转 速 和 转 矩 的 电 机 的 概 念， 是处 于 当 前 世 界科 学前 沿 的 高 新 技 术 。
超声电机原理
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
它的基本构成是振动部件和运动部件， 它的基本构成是振动部件和运动部件，不存在绕组和磁场 部件（如铁心、磁钢等），简单。 部件（如铁心、磁钢等），简单。 ），简单 单位体积转矩大,与相同结构十分体积的电磁原理电动机 单位体积转矩大 与相同结构十分体积的电磁原理电动机 比较，额定力矩是它的10倍。 比较，额定力矩是它的 倍 不需要减速齿轮就可以将转速调节至零。 不需要减速齿轮就可以将转速调节至零。 在低速下可直接输出大转矩，电动机可控性能优良。 在低速下可直接输出大转矩，电动机可控性能优良。 制动转矩下，不需要附加制动器。 制动转矩下，不需要附加制动器。 内动力大，响应性能好，机械时间常数小（ 内动力大，响应性能好，机械时间常数小（1ms）。 ）。 在可听范围内，运转安静，不产生电磁噪声。 在可听范围内，运转安静，不产生电磁噪声。 电动机既不受外界磁场影响，也不产生杂散磁场。 电动机既不受外界磁场影响，也不产生杂散磁场。 按使用要求，可设计成需要的结构和形状。 按使用要求，可设计成需要的结构和形状。
1.优点 优点
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（接触型）来转换能 量。 与法拉第电磁式电机相比，超声波电机有如下的几个 突出优点：安静，污染小；定位精度高；调焦时间短； 无齿轮减速机构，可直接驱动负载，结构简单；能量 密度大；低转速，大转矩；体积小，重量轻；不产生， 也不受电磁干扰，不怕辐射；起动，停止响应快，响 应时间小于ms。特别是它具有重量轻、结构简单、噪 声小、低速大扭矩以及可直接驱动负载等特性。 它不需要齿轮变速机构来降低转速，避免了使用齿轮 变速机构而产生的振动、冲击与噪声等问题。可以说， 超声电机技术是处于当今世界高新技术之一
五种新型电机简介
五种新型电机简介姓名：赵涛学号：1、超声波电机简介：原理：超声波电机就是利用超声波频率范围内的机械振动来获得动力源的装置，借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力。
超声波电机获得能量的超声波振动源又与压电陶瓷有着密切联系，当对压电陶瓷施加交变电压时，压电陶瓷本身或压电陶瓷和金属的混合体就会产生周期性地伸缩，即逆压电效应，通过这种伸缩，电机产生了动力。
人耳所能听到的的声音频率约为20Hz-20KHZ，而当频率超过20KHz以上，人耳便无法辨识，成为超声波。
对超声波电机的压电材料输入电压所产生的是晶体的形变，因此利用压电材料来带动转子，其前进的距离相当小，约是微米等级，因此若要此电机做长距离运动，就必须输入超声波的高频电压，使定子产生极高的振动频率才能得到合适的转速，这也正是超声波电机的由来。
特点: 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。
2、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。
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。
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。
应用:1、超声波电机可用于照相机的自动聚焦系统的驱动器；航空航天领域的自动驾驶仪伺服驱动器；机器人或微型器械自动控制系统的驱动器；高级轿车门窗和座椅靠头调节的驱动装置；窗帘或百叶窗自动启闭装置；2、医学领域的人造心脏驱动器、人工关节驱动器；强磁场环境下设备的驱动装置，如磁悬浮列车的控制系统；不希望驱动装置产生磁场的场合，如磁通门的自动测试转台等。
2、无刷直流电动机：原理：无刷永磁电动机伺服系统主要由4个部分组成：永磁同步电动机MS、转子位置检测器BQ、逆变器和控制器。
超声波电机的研究现状及应用前景
超声波电机的研究现状及应用前景摘要：超声波电机是一种通过摩擦传递弹性超声振动以获得功率的驱动机构。
压电陶瓷在高频替代电压作用下产生相反的压电效应，从而激发超声频段内弹性定子的微幅振动。
定子驱动的表面粒子的椭圆运动通过摩擦转换为转子的旋转(或线性)运动。
超声波电机具有低速大转矩、无噪声、停电后自燃、快速响应、无磁场干扰等特点。
关键词：超声波电机；压电效应；研究现状；应用前景；超声波电机是一种新型的微型专用电机。
其通过反向偶极子效应和超声振动获得动力的工作原理推翻了传统的发动机概念，吸引了国内外许多学者的广泛关注和研究。
目前，该技术仍处于科学前沿，应用前景广阔，因此具有重要的研究价值。
综述了超声波电机的研究现状及应用前景。
一、国外超声波电机的研究现状人类第一次尝试用弹性振动来获取权力始于钟表。
1961年，日本Bulova Watch公司开始出售一只手动手表，每月误差仅为1分钟，这创造了当时的世界纪录，给全世界学者留下了深刻的印象。
超声波马达的研究也已开始，许多研究人员对此进行了深入研究，并取得了丰硕成果。
提出并制造了一种驻波分电器超声波马达，该马达使用了一种波长为27.8 khz的朗格文激励器，输入功率为90瓦，机械输出功率为50瓦，输出扭矩为0.25n m，输出速度为0.25n m但是，由于振动板和发动机转子之间的接触固定在同一位置，接触表面仍存在严重的摩擦磨损问题。
为了解决摩擦磨损问题，提出并制造了另一种形式的超声波偶极电机。
这种发动机意识到转子是由行波而不是固定点和驻波力矩不断推动的。
从而大大减少定子与转子接触表面的摩擦磨损。
该发动机的工作机构是利用定子表面颗粒在圆周方向上的椭圆运动速度分量驱动转子通过摩擦转动。
佳能公司研制的环形行波超声电机已正式应用于EOS相机目标自动研制系统，标志着超声波电机开始进入实用阶段。
不难看出，上述所有超声波电机都属于接触式超声波电机，即功率是通过定子和转子之间的接触摩擦传递的。
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（8-3）
wB B cos(kx )cos(t )
（8-4）
两列驻波叠加可得
w wA wB A coskxcost B cos(kx )cos(t )
若 A
B
0，
2，，则2源自（8-5）w 0 cos(kx t)
沿 x 正向行进的行波。如何得到反向行波？
图8-1 逆压电效应示意图
8.2.2椭圆运动及其作用
超声波电机的工作原理：以图8-2所示的 情况为例，设定子在静止状态下与转子 表面有一微小间隙。当定子产生超声振 动时，其上的接触摩擦点A做周期运动， 其轨迹为一椭圆。当A点运动到椭圆的上 半圆时，将与转子表面接触，并通过摩 擦作用拨动转子旋转；当A点运动到椭圆 的下半周时，将与转子表面脱离，并反 向回程。如果这种椭圆运动连续不断的 进行下去，则对转子就具有连续定向的 拨动，从而使转子连续不断的旋转。
a）正面
b）反面
图8-6 压电陶瓷电极布置图
压电陶瓷环的周长为行 波波长的n倍，图中n=9
极化分区可组成三个电极，其中A区和B区表示驱动环形超声波电机的
两相电极，它们利用压电陶瓷的逆压电效应产生振动；而s区是传感器
区，它利用压电陶瓷的正压电效应产生反馈电压，该电压可实时反映
定子的振动情况，其反馈信号可用于控制驱动电源的输出频率。
电机的转向是由椭圆 运动的转向决定的。
图8-2 质点运动的轨迹
8.2.2椭圆运动及其作用
椭圆运动的形成：在空间有两个相互垂直的振动位移 ux和 uy，均
由简谐运动形成，振动的角频率为 ，时间相位差为 ，振幅分
别为 x 和 y ，即有
ux x sin(t) uy y sin(t )
（8-1）
（8-6）
w 0 cos(kx t)
，取
8.3.2 电机的工作原理
2. 定子表面质点的运动轨迹
8.3.2 电机的工作原理
1. 定子行波的产生
由于压电陶瓷相邻分区 的极化方向相反，在共 振频率的交流电压激励 下，相邻极化区将会分 别伸张和收缩，从而在 定子弹性体中激励出弯 曲振动。
图8-7 定子行波的产生 a）定子弯曲振动激励 b）驻波合成行波机理
、
8.3.2 电机的工作原理
设A区和B区的驻波振动分别为
0 2
2
0 2
2
图8-3 椭圆的形态
2
2
8.3 环形行波型超声波电机
8.3.1 电机的结构 8.3.2 电机的工作原理 8.3.3转子的运动速度 8.3.4 电机的运行特性
8.3.1 电机的结构
环形行波型超声波电机，由定子和转子两大部分组成。以振动体 为主体的定子上开有齿槽，在定子不开槽的一面粘贴有压电陶瓷； 转子为一圆环；在定、转子接触的表面有一层特殊的摩擦材料， 如图8-4所示。
8.2 超声波电机的运动形成机理
8.2.1 压电效应简介 8.2.2 椭圆运动及其作用
8.2.1压电效应简介
压电效应是由法国的居里兄弟在1880年首先发现的。 正压电效应：对于晶体构造中不存在对称中心的异极晶体， 加在晶体上的应力，除了产生相应的应变以外，还在晶体 中诱发出介质极化或电场。 逆压电效应：若在晶体上施加电场，从而使该晶体产生电 极化，则晶体也将同时出现应变和应力。 正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。 超声波电机就是利用逆压电效应进行工作的。
第8章 超声波电机
8.1 概述 8.2 超声波电机的运动形成机理 8.3 环形行波型超声波电机
8.4 行波型超声波电机的驱动与控制
8.5 其他类型的超声波电机 8.6 超声波电机的应用
8.1概述
超声波电机是利用压电材料(压电陶瓷)的逆压电效应，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为运动体的回转 或直线运动的新型驱动电机。电机驱动电源的频率一般高于20kHz， 已超出入耳所能采集到的声波范围，因此称为超声波电机。 超声波电机是典型的机电一体化产品。虽然仅有三十多年的发明和 发展历史，已在航空航天、机器人、精密仪器、医疗设备等诸多领 域已得到了很好的应用。目前仍是国内外开发研究的热点。 1. 超声波电机的特点 （1）低速大转矩。（2）无电磁噪声，电磁兼容性好。（3）响应 快、控制特性好。（4）断电自锁。（5）运行噪声小。（6）结构 形式多样。（7）摩擦损耗大，效率低。（8）寿命短。
从式（8-1）中消去时间 t ，则
ux2
x2
2uxuy
xy
cos
uy2
2 y
sin2
（8-2）
n (n 0，1， 2， ) 时，两个位移为同相运动，合成轨迹为一直线；
n
时，其轨迹为一椭圆；
n
2
时，轨迹为规则椭圆。
8.2.2椭圆运动及其作用
椭圆运动 转速： 为振动的角 频率 转向： 由振动的相 角超前相转 向滞后相 椭圆度： 由振动振幅 的差值确定
图8-4 环形超声波电机的定子和转子 图8-5 环形超声波电机转配图
8.3.1 电机的结构
图中的阴影区域为未敷银或对
应部分的敷银层已经被磨去的
小分区，它把压电陶瓷的上下
极板分隔成不同的区域。图8-6
a）中相邻两个压电分区的极
化 方 向 相 反 ， 分 别 以 “ +” 和 “-”表示，在电压激励下一段 收缩，另一段伸长，构成一个 波长的弹性波。
8.1概述
2. 超声波电机的分类 按波的传播方式分类：行波型超声波电机；
驻波型超声波电机。 按转子的运动形式分：旋转型超声波电机；
直线型超声波电机。 按转子运动自由度分：单自由度超声波电机；
多自由度超声波电机。 按定转子接触情况分：接触式超声波电机；
非接触式超声波电机。 本章主要对旋转行波型超声波电机进行分析。
8.2 超声波电机的运动形成机理
在图8-1中，压电材料的极化方向如空心箭头所示，当压电材料 的上下表面施加正向电压，即在材料表面形成上正下负的电场， 则压电材料在长度方面伸张、厚度方面收缩。反之，若在该压电 材料上下表面施加反向电场，则会在长度方向收缩、厚度方向伸 张。
当在压电体表面施加交变电场时，压电 体中就会激发出某种模态的弹性振动。 当外加电场的交变频率与压电体的机械 谐振频率相同时，压电体就进入谐振状 态，称为压电振子。当振动频率高于 20kHz时，就属于超声振动。