超声波电机介绍及其应用

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五种新型电机简介

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

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

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

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

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

超声波电动机
一、超声波电动机的结构和工作原理 二、超声波电动机的特点及应用
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

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

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
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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。

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