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。

这两个模态响应在定子上叠加形成行波。

如果此时在转子上施加一定得预压力，通过定，转子之间的摩擦作用，定子裘面质点的微幅振动就台转换为转子的旋转运动。

图3 超声电机工作原理
四、总结
微型圆筒型超声电机外型结构简单、紧凑，成本较低。

但此电机本身存在激振频率偏高的缺陷．对此带来的电机效率及驱动电路的影响也是下一步要考虑的问题。