超声波电机介绍及其应用
五种新型电机简介
五种新型电机简介姓名：赵涛学号：20121102491、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。
超声波电机介绍及其应用
超声波电机介绍及其应用一、超声波电机的工作原理超声学科结合的新技术。
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。
二、超声波电机的产生20 世纪90 年代日本佳能公司研制出一种压电电动机，这种电动机的工作原理是利用逆压电效应把电能转换成机械能。
常见的压电电机也是由定子和转子组成，但定子是由压电材料和金属材料组合制成，转子是由金属材料制成；压电材料把电能转换成机械振动能，激励定子金属体振动；转子与定子相接触，通过摩擦力，定子的振动驱动转子运动。
由于定子的振动频率一般在大于20kHz 的超声频段，因此人们也将压电电机称为超声电机。
三、超声波电机的特点（1）超声电机可以得到较低转速，因此输出力矩较大，可以省去减速机构直接带动负载。
（2）因为超声电机不使用电磁场作为驱动力，因此电磁辐射小。
许多情况下，不希望有电机产生强电磁干扰，或者在强磁场环境中，电磁电机的正常工作会受到影响，而超声电机不需要做太多的电磁屏蔽处理就可以在这些条件下工作。
（3）超声电机依靠定、转子之间的接触摩擦作为驱动方式，关闭电源后转子就会马上停止，并在摩擦力的作用下固定不动（4）超声电机的响应时间较短，一般在十几毫秒以内。
（5）超声电机没有电磁线圈，可以不用铜材，节省原料造价。
（6）超声电机的转速可以通过改变驱动频率进行调节，比较灵活。
（7）超声电机在很小尺寸上都可以有效工作。
四、超声电机的分类（1）环形行波超声波电机。
在弹性体内产生单向的行波，利用行波表面质点的振动来传递能量，属连续驱动方式，其基础理论和应用技术均较成熟。
（2）小型柱体摇摆型超声波电机目前行波型超声波电机已有较成熟的设计方法，但该型电机在小直径（小于20mm）条件下，输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点，而且由于其结构的限制，效率也很难提高。
什么叫超声波电动机
什么叫超声波电动机？2009年10月14日超声波电动机是20世纪末发展起来的一种新的微型驱动电机，它的基本结构及工作原理与传统电机完全不同，没有绕组和磁路，不以电磁相互作用来传递能量，而是基于压电材料的逆压电效应(即电致伸缩效应)，利用超声波振动来实现机电能量转换。
由于这种新型电机的工作频率一般在20kHz以上，因此称为超声波电机。
超声波电机打破了传统电机必须由电磁效应产生转矩和转速的固有概念。
与电磁式电机相比．超声波电机具有以下特点：(1)体积小，重量轻。
超声波电机不用线圈，没有绕组和磁路，结构简单、紧凑，与电磁式电机相比，在输出转矩相同的情况下，可以做得更小、更轻、更薄。
超声波电机的转矩密度一般为电磁式电机的几倍到十几倍。
(2)低速大转矩。
超声波电机的最大优点在于它能以极低的速度运行．很容易做到每分钟几十转(甚至更低)，并且能保持大转矩的输出。
这样就无需齿轮减速机构，可实现对较大负载的直接驱动。
(3)响应迅速，控制特性好。
超声波电机转子的质量较轻，惯性小，响应速度快，起动和制动的时间均为毫秒级，因此可以实现高精度的速度控制和位置控制。
(4)有断电自锁功能。
由于超声波电动机是依靠定、转子间的摩擦力驱动的，因此定、转子间必须施加一定的轴向压力，以便将压电振子的振动转换为转子的旋转。
这样当切断电源时·由于静摩擦力的作用，转子便可自锁。
(5)与外界无相互电磁干扰。
超声波电机无需励磁．因此它不受外界电磁场的影响。
同时，它对外界也不会产生电磁干扰，特别适合于强磁场的工作环境。
(6)结构形式多样化。
由于超声波电机是将压电振子的机械能通过定、转子之间的摩擦传递给转子，转子可以做旋转运动，也可以做直线运动(这时应称为动子)．因此转子运动的自由度较大，其结构设计的自由度也较大，可适应不同应用场合的需要。
超声波电动机是典型的机电一体化产品，它涉及电机学、振动学、摩擦学、功能材料、电子技术、自动控制技术和检测技术多门学科，虽然它的发明和发展仅有二十多年的历史，但在航空航天、机器人、精密仪器、医疗设备等诸多领域已得到很好的应用，目前仍是国内外研究和开发的热点。
超声波电机的原理与应用
超声波电机的原理与应用周传运 超声波电机(Ultrasonic Motor ,USM )是国外近20年发展起来的一种新型电机。
事实上,在超声波电机问世之前,已有以压电效应驱动的电机,但其频率并不局限于超声波范围。
早在1948年,威廉和布朗就申请了“压电马达”的美国专利;1964年,前苏联基辅理工学院设计了第一个压电旋转电机;1970～1972年,西门子公司和松下公司发明了压电步进电机,不过因无法达到较大的输出转矩而没能实际应用。
1980年,日本的指田年生研制成超声波压电电动机(即现代意义上的超声波电动机),克服了传统压电电动机转换效率低和变位微小的缺陷,使压电电动机进入工业实用阶段。
一、超声波电机的原理和结构超声波电机的原理 超声波电机利用压电材料的逆压电效应①产生超声波振动,把电能转换为弹性体的超声波振动,并把这种振动通过摩擦传动的方式驱使运动体回转或直线运动。
磁极和绕组,它一般由振动体②和移动体③组成,为了减少振动体和移动体之间相对运动产生的磨损,通常在二者间加一层摩擦材料。
当在振动体的压电陶瓷(PZT )上施加20KHz 以上超声波频率的交流电压时,赫的超声波振动,使振动体表面起驱动作用的质点形成一定运动轨迹的超声波频率的微观振动(振幅一般为数微米),如椭圆、李萨如轨迹等,该微观振动通过振动体和移动体之间的摩擦作用使移动体沿某一方向做连续宏观运动。
因此,超声波电机是将弹性材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。
根据这一思想,日、德等国近几年相继研发出多种超声波电机,如环形行波USM 、步进USM 、多自由度USM 等,且行波型USM 已有较成熟的设计。
下面以行波型USM 的旋转说明其工作原理。
行波型USM 要旋转,需具备两个条件:与转子相接触的定子表面质点须做椭圆运动,定子、转子之间的接触面须有摩擦力。
图1中的弹性体为定子,其上部为转子,定子、转子间夹一层摩擦材料。
超声波电动机发展现状及应用
０引 言
传 统 电磁式 电机是 依据 电磁感 应定 律 和 电磁 力
１超声波 电动机的基本原理及基本结构
超声 波 电动机 利用压 电材 料 的逆压 电效 应将 高 频 的 电能转化 成定 子 的高 频机 械振 动 能 量 ， 定 子 使 达 到机械 共振 状态 ， 然后 通 过 定 子 和转 子 之 间 的摩 擦 力驱 动转 子运动 … 。 图 １是 超 声 波 电动 机 基 本 结 构 ， 由壳 体 、 它 轴 承、 转子 、 子 、 簧 、 电陶瓷等组 成 。与传 统 电机 定 蝶 压 的最重要 的区别在 于 电机 中既没有 线 圈也没 有永 磁
矩， 具有无 电磁 干 扰 、 应迅 速 等 特 点 ， 响 因而迅 速发
超 声 波
体， 其定子 由弹性体和压电陶瓷构成 ， 转子由金属板
－
ｅ ｄ ａ ｅ ｓ Ｔ ｅ ｂ ｓｃ ｐ ｎ ｉ ｌ ｆｕ ｔ ｓ ｎ ｃ ｍｏｏ ｓ ａ ｄ ｓ ｃ ｕ ｅ ｗ ｒ ｅ ｃ ｂ ｄ Ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ， ｄ ａ ｔｇ ｓ ｎ ｒ ａ ． ｈ ａ ｉ ｒ ｃｐ ｅ ｏ ｌ ａ ｏ ｉ ｉ ｒ ｔｒ ｎ ｔ ｔ ｒ ｅ ｅ ｄ ｓ ｒ ｅ ． ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｐ ｏ ｐ ｃｓ ａ ｖ ｎａ ｅ ｕ ｒ ｉ
及 质 量 、 积等 局 限性 ， 难 满 足 这些 特 殊 的需 要 。 体 很
随着压电陶瓷等材料的发展 ， 超声波 电动机作 为一 种全新概念 的新型电机在 ２ 世纪 ８ ０ ０年代开始发展 起来 ， 它利 用压 电材 料 的逆 压 电效应 ， 在超 声频 率段
内使 定子 发生 振动 ， 在通过 定 、 转子 间的摩 擦获 得扭
定律实现机 电能量转换 和信号传递与转换 的装置。 传统电磁式 电机在理论 、 设计 、 制造方法以及控制技
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
医用超声电机
医用超声电机简介医用超声电机是一种应用于医疗行业的关键设备，它利用超声波技术来进行医学成像和治疗。
本文将对医用超声电机进行详细介绍，包括其原理、功能、应用领域以及发展前景。
一、原理医用超声电机基于超声波原理工作，其核心是超声发生器和超声探头。
超声发生器将电能转化为高频电能，然后通过超声探头将电能转化为机械振动能量。
探头上的压电晶体通过振动产生超声波，并将超声波传输到人体组织内。
当超声波遇到不同组织界面反射回来时，探头可以接收到这些回波，并将其转化为可视化的图像。
二、功能医用超声电机具有多种功能，主要包括以下几个方面：1. 医学成像：医用超声电机通过超声波成像技术，能够对人体内部的器官、血管、肌肉等进行非侵入性的成像。
医生可以通过观察这些成像结果，准确地判断病变部位和病情，从而辅助诊断和治疗。
2. 治疗：医用超声电机在医疗领域还具有治疗功能。
它可以通过超声波的热效应、机械效应和生物效应对病变组织进行治疗。
例如，在肿瘤治疗中，可以利用超声波的热效应将肿瘤局部加热，破坏癌细胞。
此外，超声波还可以用于局部消融、组织修复等治疗过程。
3. 导航定位：医用超声电机可以通过超声波成像技术提供实时的导航定位功能。
医生在手术过程中可以根据超声波成像图像，准确定位和操作内部结构，提高手术的精确性和安全性。
三、应用领域医用超声电机广泛应用于医疗领域，包括但不限于以下几个方面：1. 影像学科：超声波成像在影像学科中是一种常见的检查方法，医用超声电机在超声检查设备中起到关键作用。
它可以用于妇科、泌尿科、肿瘤科等多个医学影像学科。
2. 心血管领域：医用超声电机在心血管领域具有重要的应用价值。
通过心脏超声波成像，可以检查心脏结构、功能以及评估心血管疾病，如心肌梗死、心肌病等。
3. 产科：医用超声电机在产科领域也应用广泛。
通过超声波检查，可以观察和评估胎儿发育情况、胎盘位置以及宫内情况等。
4. 普外科：医用超声电机在普外科领域也有重要的应用。
超声电机及其在机器人驱动中的应用
ｓ ａｔ ｆｔ ａ ｐ ａ ｏ ｏｎｒ ｙ ｔ ｍ ｓ ａｎ ｅｘ ｍ ｐｌ ｏ ｉｔｏ ｃｅ ｕｌａｓ ｃ ｍｏ ｏ ｓ ｉ ｏ ｔｃ ｔｏ． ｅ ｕ ｉｇ ａ ｈ ｆｓ ｏ ｈｅ ｍ ｎｉｕｌｔ ｒｃ ｔｏｌ ｓ ｅ ａ ａ ｓ ｅ ｔ ｎｒ ｄｕ ｔ ｏｎｉ ｔ ｒ ｎ ｒ ｂｏ ｏｎｒ １ ｒ ｅｘ ｃ ｔｎ ｐｐｌ ａ ｉ ｉ ｔ ｃ ｏｎ
Ｋｅ ｗｏｒｓ：ｌａｓ ｎｉ ｍｏｔｒｔａ ｅｌ ｇ ｖ ｄｒ ｅ ｙ ｄ ｕｔ ｏ ｃ ｒ ｏ ， ｖ ｉ ｗａ ｅ， ｉ ｒ ｎ ｖ
超 声 波 电机 （ ｔ ｓ ｎｃ Ｍｏｏ ）简 称 Ｕ Ｍ 是 一 种 近 二 十 Ｕｌａ ｏ ｉ ｒ ｔｒ ， Ｓ 年 来 发 展 起 来 的 新 原 理 、 电一 体 化 电 机 ， 本 结 构 及 工作 原 理 机 其 完 全 不 同于 传 统 的 电 磁 马 达 ， 有 绕 组 与磁 路 ， 以 电磁 作 用传 没 不
递能量 ， 而是 一 种 利 用 超 声 波 振 动 能作 为驱 动 源 的 新 原 理 电机
来 不 可避 免 的 间 隙 和磨 损 会 严 重 阻碍 控 制 系统 快 速 性 和 精 确 性 的提 高 。 超 声 波 电机 具 有 低速 大转 矩 的 特点 ， 可直 接 驱 动 机器 人 的操 作 机 构 ， 需 传 动机 构 ， 小 了传 动装 置 的 占用 空 间和 质 量 ， 不 减 同时 ， 还 具 有 响 应速 度 快 、 电磁 噪声 等特 点 ， 声 波 电机 的上 它 无 超 述特 性 有 助 于工 业 机器 人 的结 构 紧 凑 、 控制 精 确 和 动作 迅速 嘲。 超 声 波 最 常 见 的 三 种 控 制 方 法 是 调 频 、 相 和 调压 。超 调 声 波 电机 的驱 动 频 率 是 由定 子 的 共 振 频 率 决 定 的 ， 当定 子 发生 共 振 时 ， 子 呈 现 的 阻 抗 最 小 ， 幅最 大 ， 电 机 的驱 动 频 率 向 振 振 当 反谐振点变化时 ， 电流 减 小 ， 幅 减 小 ， 振 电机 转 速 降低 ， 此 超声 因 电机 可 以通 过 调 频 的 方 式 实 现 调 速 功 能 ；调 相 调 速 方 式 是 通过 改 变 两 组 压 电 振 子 阵 列 的 相 位 差来 改 变 定 子 表 面 驱 动 质 点 轨迹 的形 状 ， 间接 控 制 电机 的转 速 。通 过 改 变 两 相 电压 的幅 值 ， 也可 改 变 电机 的 转 速 。 变 施 加 在压 电 陶瓷 上 的 电压 的 幅值 ， 而调 改 从
行波型超声波电机及其研究
行波型超声波电机及其研究超声波电机是一种新型的电机，它利用超声波的振动来驱动机械运动，具有高效率、高精度、低噪声等优点，成为了近年来研究的热点之一。
行波型超声波电机是其中的一种，其特点是具有较大的运动范围和较高的速度，而且可以实现线性和旋转运动，因此在机器人、精密加工、医疗设备等领域有广泛的应用前景。
一、行波型超声波电机的工作原理行波型超声波电机由振荡器、行波器和负载组成。
振荡器产生高频的电信号，通过行波器将电信号转换成超声波，超声波作用于负载上，使其产生机械运动。
行波器是行波型超声波电机的核心部件，它将电信号转换成超声波，并将超声波传递到负载上，其结构如图1所示。
图1 行波器的结构行波器由压电陶瓷片和金属板组成，压电陶瓷片是电能和机械能转换的元件，当施加电场时，压电陶瓷片会发生形变，产生超声波。
金属板是行波器的传导部分，它将超声波从压电陶瓷片传递到负载上。
行波器的工作原理是利用压电效应和声波在介质中的传播特性，将电信号转换成超声波，并将超声波传递到负载上，从而实现机械运动。
二、行波型超声波电机的优点1. 高效率行波型超声波电机的效率比传统电机高，因为它不需要机械传动，直接利用超声波的振动来驱动机械运动。
在高速运动时，行波型超声波电机的效率更高，可以达到90%以上。
2. 高精度行波型超声波电机的精度很高，因为它可以实现微小的运动，且不会受到机械传动误差的影响。
在精密加工、医疗设备等领域有广泛的应用。
3. 低噪声行波型超声波电机的噪声很低，因为它不需要机械传动，避免了机械传动带来的噪声。
在医疗设备、音响设备等领域有广泛的应用。
4. 大运动范围行波型超声波电机的运动范围可以很大，可以实现线性和旋转运动，且速度较快。
在机器人等领域有广泛的应用。
三、行波型超声波电机的应用1. 机器人行波型超声波电机可以实现线性和旋转运动，且速度较快，因此在机器人的关节上有广泛的应用。
行波型超声波电机还可以用于机器人的手臂、爪子等部件，实现精密的抓取和放置。
第09章讲义超声波电动机
第九章 超声波电动机
环形行波型超声波电动机的基本结构如图9-1所示， 主要包括定子、转子、压力弹簧和转轴等部件。
] ]
转子
转动环
摩擦材料
定子
弹性体
压电陶瓷
压力弹簧
机壳
转轴
轴承
E1 E2
定子
转子
(a)
(b)
图9-1 环形行波型超声波电动机的基本结构
(a) 剖面图 (b) 立体图（局部）
-5-
第九章 超声波电动机
超声波电动机就是利用逆压电效应进行工作的，图92进一步说明了逆压电效应的作用。 当外电场的交变频 率与压电体的机械谐振频率一致时，压电体就进入机械 谐振状态，成为压电振子。 当振动频率在20kHz以上时， 就属于超声振动。
图9-2 逆压电效应示意图
-8-
第九章 超声波电动机
二、椭圆运动及其作用 超声振动是超声波电动
-3-
第九章 超声波电动机
第一节 超声波电动机的基本结构
超声波电动机的分类还没有统一的标准，按照驱动转 子运动的机理可分为驻波型和行波型两种。驻波型是利 用与压电材料相连的弹性体内激发的驻波来推动转子运 动，属间断驱动方式；行波型则是在弹性体内产生单向 的行波，利用行波表面质点的振动轨迹来传递能量，属 连续驱动方式。目前，环形行波型超声波电动机的基础 理论和应用技术均较为成熟。
图9-5 驻波形成示意图
x
-14-
第九章 超声波电动机 其数学表达式为
ysin2πxsin0t
（9-3）
设在弹性体上同时存在两相驻波A和B，它们的频率
同为ω0，波幅同为ζ，波长同为λ，并且在时间和空间上
均相差π/2，即
yA yB
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。
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
超声波电机及其驱动器简介
超声波电机驱动器简介
超声波电机驱动器简介
下图为DSP控制的超声波电机驱动原理框图，DSP作为整个系统的控制单元，通过 DSP产生满足超声波电机谐振频率的高频的方波信号，经过前级驱动电路来控制 MOSFET的开关，由此产生两路高频的方波来驱动超声波电机。
驱动器固定二相输入电压为超声波的额定电压，二相高频交流输出电压的时间相 移取士90`，由此实现电机的正、反转控制。
超声波电机的应用
德国帕特博恩大 学的Heinz Nixdorf Institute 研制的驱动轿车 顶窗的直线型超 声波电机。
超声波电机的应用
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。
超声电机发展概况
驻波型
超声电机发展概况
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
超声波电动机
特种电机及其控制
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第6章 超声波电动机
3 超声波电动机的优点及其应用
超声波电动机将电致伸缩、超声振动、波动原理这些毫不相干的概念与 电机联系在一起，创造出一种完全新型的电动机。
(1) 低速大转矩: 在超声波电机中，超声振动的振幅一般不超过几微
米，振动速度只有几厘米每秒到几米每秒。无滑动时转子的速度由振动 速度决定，因此电机的转速一般很低，每分钟只有十几转到几百转。由 于定子和转子间靠摩擦力传动，若两者之间的压力足够大，转矩就很大。
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。 5）美国IBM 公司的Barth 也在1973 年提出了一种超声波电动机的模型，从 而使这种新型电机可以实现真正意义上的工作。
第6章 超声波电动机
当对粘接在金属弹性体上的两片压电陶瓷施加相位差为90电角度的高频电压 时，在弹性体内产生两组驻波(Standing Wave)，这两组驻波合成一个沿定子 弹性体圆周方向行进的行波(Progressive Wave/Travelling Wave)，使得定 子表面的质点形成一定运动轨迹(通常为椭圆轨迹)的超声波微观振动，其振 幅一般为数微米，这种微观振动通过定子(振动体)和转子(移动体)之间的摩 擦作用使转子(移动体)沿某一方向(逆行波传播方向)做连续宏观运动。
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。
超声波 滑块电机 -回复
超声波滑块电机-回复什么是超声波滑块电机？超声波滑块电机是一种利用超声波技术驱动的滑块电机。
它结合了超声波和电机技术的优势，具备高速、高精度、低噪音等特点，在工业自动化领域有着广泛的应用。
第一步：超声波的原理及应用超声波是一种高频声波，其频率通常在20 kHz以上。
超声波在空气中传播速度快、传播范围远，且能够穿透许多材料，因此在许多领域有重要的应用。
超声波已被应用于医学、测量、清洁、成像等领域。
在超声波传感器中，超声波发射器发射声波信号，当声波遇到障碍物后被反射回来，超声波接收器接收并分析反射信号来计算距离、检测物体等。
第二步：电机的原理及种类电机是将电能转换为机械能的设备。
常见的电机有直流电机、交流电机和步进电机等。
直流电机是将电能转化为转动力矩的电机，广泛应用于工业生产中。
交流电机是使用交流电作为能源的电机，常见的有感应电动机和同步电动机。
步进电机是一种位置控制型电机，通常用于需要高精度定位的设备。
第三步：超声波滑块电机的工作原理超声波滑块电机利用超声波传感器和滑块电机的组合，在保证精度和速度的同时，实现高效的位置控制。
超声波传感器发送超声波信号，接收到反射信号后计算距离差异，并将其转化为电信号发送给滑块电机，控制滑块电机的运动。
通过不断地检测和调整超声波信号与物体的距离，使滑块电机可以根据实际需求进行精确的位置控制。
第四步：超声波滑块电机的应用领域超声波滑块电机在工业自动化控制领域有着广泛的应用。
它可以用于精密加工、装配线、纺织机械等需要高精度定位和快速运动的设备中。
例如，它可以用来控制工件的精确位置，以实现精密加工。
另外，超声波滑块电机还可以应用于自动化仓储系统、机械臂等领域，实现高效、精准的物体搬运。
第五步：优势和发展趋势超声波滑块电机具有多个优势，例如高精度、高速、低噪音、无需灰尘和无污染等。
这些特点使得它成为工业自动化领域中的重要设备。
随着科技的不断发展，超声波滑块电机的技术也在不断进步，例如增加了自动调整功能和对环境变化的适应能力。
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超声波电机介绍及其应用
一、超声波电机的工作原理
超声学科结合的新技术。
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。
二、超声波电机的产生
20世纪90年代日本佳能公司研制出一种压电电动机，这种电动机的工作原理是利用逆压电效应把电能转换成机械能。
常见的压电电机也是由定子和转子组成，但定子是由压电材料和金属材料组合制成，转子是由金属材料制成；压电材料把电能转换成机械振动能，激励定子金属体振动；转子与定子相接触，通过摩擦力，定子的振动驱动转子运动。
由于定子的振动频率一般在大于20kHz的超声频段，因此人们也将压电电机称为超声电机。
三、超声波电机的特点
（1）超声电机可以得到较低转速，因此输出力矩较大，可以省去减速机构直接带动负载。
（2）因为超声电机不使用电磁场作为驱动力，因此电磁辐射小。
许多情况下，不希望有电机产生强电磁干扰，或者在强磁场环境中，电磁电机的正常工作会受到影响，而超声电机不需要做太多的电磁屏蔽处理就可以在这些条件下工作。
（3）超声电机依靠定、转子之间的接触摩擦作为驱动方式，关闭电源后转子就会马上停止，并在摩擦力的作用下固定不动
（4）超声电机的响应时间较短，一般在十几毫秒以内。
（5）超声电机没有电磁线圈，可以不用铜材，节省原料造价。
（6）超声电机的转速可以通过改变驱动频率进行调节，比较灵活。
（7）超声电机在很小尺寸上都可以有效工作。
四、超声电机的分类
（1）环形行波超声波电机。
在弹性体内产生单向的行波，利用行波表面质点的振动来传递能量，属连续驱动方式，其基础理论和应用技术均较成熟。
（2）小型柱体摇摆型超声波电机
目前行波型超声波电机已有较成熟的设计方法，但该型电机在小直径（小于20mm）条件下，输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点，而且由于其结构的限制，效率也很难提高。
而柱体摇摆型超声波电机采用兰杰文振子结构，机械效率高。
进一步设计可实现多个不同模态之间的耦合、叠加，从而形成三自由度椭圆运动，实现一个定子驱动多自由度的运动。
摇摆型超声波电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子，所以定子的直径越小，摇头振动的幅值越大，小型化（一般直径小于20mn）能更加显示出这种电机的优越性。
由于该电机采用兰杰文结构，压电陶瓷不需粘接，其装配工艺容易实现自动化。
所以这种电机特别适宜对电机的重量、体积、性能等方面有特殊要求的应用场合，如精密光学仪器、导弹导引头的跟随控制装置。
摇摆型超声波电机的这些特点近年来在超声波电机领域备受关注。
因此该型超声波电机的研究将改变超声波电机工作及运行机理，拓展开发新型超声波电机的思路。
（3）步进超声波电机
随着超声波电机技术的日趋完善，应用领域越来越多。
但在超声波电机角位移控制系统中，必须引入传感器来进行反馈，形成闭环控制系统，这样使电机结构变得复杂。
自校正超声波电机能在一定角度内，自行修正其角位移累积误差，从而省略了传感器以及与传感器相匹配的闭环时序电路，达到简化结构和保障精度的目的。
因此，对步进超声波电机的研究具有重要的学术价值，在精密控制等领域具有广泛的应用前景。
（4）三自由度球形超声波电机
目前，对于传统的驱动电机而言，要实现多自由度运动，一般是对每一个自由度都提供一个电机，通过对多个单自由度电机作复杂的机械连接来实现，而且提供电机数与所要求的自由度数必须相等。
因此这个系统往往结构复杂、笨重。
动静态刚度低、造价昂贵，齿轮变速机构中存在着间隙、摩擦、弹性变形，很难保证有高的运动精度和定位精度，往往不能满足机器人向高速、高精度、大承载和轻量化发展的要求。
多自由度球形压电超声波电机不仅具备了超声波电机一系列的优点，而且具有诱人的应用前景，它可用于机器人的关节部位，也可用于摄像的监视器，这样可以使摄像机像人类眼球那样把周围各个角度的画面尽收眼底。
利用单个圆柱形结构做成压电超声波电机的定子，通过对定子的振型设计和压电陶瓷的极化与配置的设计，并通过驱动控制电路使定子表面质点产生三自由度椭圆运动，从而实现球形转子的三自由度旋转，可以从根本上缩小球形电机的体积，突显超声波电机结构紧凑低速大扭矩可直接驱动负载和定位精度高的优点。
同时，由于定子表面质点产生三自由度椭圆运动，因而这种柱行振子也可直接改装成多自由度的直线超声波电机，并将开拓超声波电机研究新领域
五、超声电机的应用
（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。
接触式USM具有低速大转矩的特点，在许多应用场合中可免去减速装置直接驱动。
最典型的应用于照相机的自动焦距镜头中，与采用传统电机镜头相比，具有安静、无电磁噪声；定位精度高；调焦时间短；无齿轮减速、机构简单等优点。
光学显微镜，自动焦距，显微定位，微纳米计算尺，LCD等显示平板的生产测试检查，晶片检查定位，消除振动系统，天文观测仪器，自适应光学系统，微型扫描仪，基因处理，微型手术，光学镜面调整等都应用了超声波电机。
（2）汽车。
超声波电机用于汽车车窗的驱动装置中，可使它体积扁小、低速时具有大转矩的优点发挥得淋漓尽致。
它还可用于磁悬浮列车上，为使列车悬浮与轨道上，使通过超导电流产生强磁场，需要大力矩和控制性能良好的驱动器，这对于USM来说是最适合的。
(3)航天中的运用。