超声电机的发展历史和研究现状
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。
超声波电机市场的发展趋势随着技术的不断进步和市场需求的增加，超声波电机市场呈现出以下几个发展趋势：小型化超声波电机在体积和重量方面不断精简，以适应越来越小型化的设备需求。
随着微型电子器件的广泛应用，对超声波电机的小型化需求将进一步增加。
超声波电机在功能上追求多样化，以满足各个行业的不同需求。
目前已经出现了多种类型的超声波电机，如超声波线性电机、超声波旋转电机等，未来还有更多的功能型超声波电机将问世。
超声波发展背景
超声波发展背景引言超声波技术，作为现代工业、医疗和科研领域的重要工具，已经成为我们日常生活和工作中不可或缺的一部分。
它的发展历程充满了挑战与机遇，从一个不起眼的科学实验发展成为现今的先进技术。
本文将全面梳理超声波技术的发展背景，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
一、超声波技术的起源早期的超声波研究：超声波的研究可以追溯到19世纪末期，当时的一些科学家开始对声音的传播特性产生兴趣，并进行了初步的实验和研究。
声波频率的探索：在20世纪初，科学家们开始探索超声波的频率范围和应用潜力，他们发现超声波在许多领域中具有潜在的应用价值。
第一次世界大战的推动：第一次世界大战期间，超声波技术被用于军事侦查和导航，进一步推动了超声波的研究和应用。
二、超声波技术的发展历程20世纪中期：随着电子技术和材料科学的进步，超声波技术逐渐成熟，并开始在工业领域得到广泛应用，如无损检测、清洗和加工等。
20世纪后期：随着计算机技术的飞速发展，数字化超声波检测和成像技术得到了广泛应用，提高了检测精度和效率。
21世纪初：随着新材料和纳米技术的出现，超声波技术在医学、生物学和环境监测等领域的应用越来越广泛。
三、超声波技术的应用现状工业领域：目前，超声波技术已经广泛应用于工业领域，如无损检测、清洗、焊接和加工等。
它能够提高生产效率和产品质量，降低能耗和环境污染。
医学领域：超声波技术在医学领域的应用也十分广泛，如超声成像、超声治疗和超声手术等。
它能够实现无创、无痛、无辐射的诊断和治疗，提高了医疗水平和患者体验。
科研领域：超声波技术在科研领域的应用也日益广泛，如声悬浮技术、声学显微镜和声表面波传感器等。
它能够提供高精度和高灵敏度的测量和实验手段，有助于推动科学研究的进步。
环境监测：此外，超声波技术还被应用于环境监测领域，如声学多普勒流速剖面仪（ADCP）和声学风速仪等。
它们能够实现远程、快速和准确的环境监测，有助于提高环境保护和治理的效率。
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
超声电机的发展应用及未来
赵淳生〔南京航空航天大学超声电机研究中心南京，210016〕传统的电磁型电机的创造和开展已有100多年的历史。
无论在理论上、设计方法上或制造技术上，都已到达十分完善的程度。
由于它的工作原理和结构的限制，难以满足当前宇宙飞船、人造卫星、飞机、导弹、汽车、机器人、精密仪器等等对电机所提出的短、小、薄、低噪声、无电磁干扰等要求。
为此，世界各国都在努力研究各种新型电机。
其中，二十世纪末期开展起来的超声电机〔Ultrasonic Motor〕算是最典型的一种。
图1为一超声电机的分解图。
图1超声电机结构分解图从驱动和控制装置产生的30－40kHz二个同频的超声电压分别作用于一片压电陶瓷环的A相和B相上，使陶瓷环和附在它上面的弹性园环〔构成定子〕产生二个同频弯曲共振模态〔驻波〕。
对这二个同频超声电压在空间上的相位和时间上的相位进行调节，就可将这二个驻波迭加成单一的旋转模态――行波，通过定子与转子间的摩擦作用即可驱使转子运动。
由此可知，超声电机突破了传统的电磁电机的概念：它没有磁极绕组和磁路，不依靠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和超声振动，将定子的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子〔旋转型电机〕或动子〔直线型电机〕的宏观运动。
它与传统的电磁电机相比，具有惯性小、响应快、控制特性好、不受磁场影响且其本身也不产生磁场、运动准确等特点。
特别是它具有重量轻、结构简单、噪声小、低速大扭矩以与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，防止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。
一、超声电机技术的开展1973年，美国IBM公司的H.V.Barth博士首先研制成功原理性超声电机。
与此同时，前苏联的vrinenko等人也研制出几乎与Barth相同的原理性超声电机。
80年代，日本许多科学工作者致力将美国和苏联的原理性样机开发成实用的超声电机。
文献综述,超声电机原理与未来
超声电机原理及未来发展摘要超声电机起源于上世纪八十年代，前后经历了数十年的发展。
具有力矩/质量比大，结构紧凑，低速大扭矩，响应快，电磁兼容性和控制性能好等突出优点；并已各个领域得到广泛的应用。
超声电机理论、方法、制作、应用、研究都取得丰富的成果。
其原理是利用压电材料的逆压电效应使得驻波叠加形成行波实现能量转换，最终通过定转子之间摩擦实现转子运转。
其使用的压电材料为压电陶瓷，压电材料和摩擦材料均应达到一定的要求。
目前超声电机还存在一定缺陷亟待完善，但未来超声电机其必将向各个领域发展，并得到广泛应用。
关键词：超声电机经历逆压电效应振动驻波行波压电材料缺陷发展AbstractUltrasonic motor originated in the eighty's of the last century, and has experienced decades of development. With torque / mass ratio, compact structure, high torque at low speed, quick response, outstanding advantages of electromagnetic compatibility and good control performance; widely used in various fields . Theory, method, ultrasonic motor manufacture, application, research have seen abundant achievements. Its principle is to use the inverse piezoelectric effect of piezoelectric material which can engender standing wave superimposition ,thus producing traveling wave, then the friction between the stator and rotor cause the rotor to move，realizing the energy conversion. The use of piezoelectric materials for the piezoelectric ceramics, piezoelectric material and friction materials shall meet certain requirements. The ultrasonic motor also has some defects to be improved, but the future for ultrasonic motor is bound to be the development in all fields, and extremely wide use.Key words：Ultrasonic motor Experience Inverse piezoelectric effect Vibration Standing wave Traveling wave Piezoelectric materialDefect development目录引言 (5)1、超声电机的发展与当今的应用 (6)2、超声电机工作原理 (8)2.1逆压电效应 (8)2.2椭圆运动 (9)2.3行波产生与转子运动的形成 (10)3、超声电机压电材料和摩擦材料 (12)3.1压电材料概述 (12)3.2超声电机用压电材料 (12)3.3所用压电材料的性能 (12)3.4摩擦材料 (13)4、超声电机的未来 (13)4.1超声电机未来的应用 (13)4.2超声电机未来亟待完善之处 (13)结语 (14)参考文献 (14)引言超声电机起于上世纪八十年代，具有力矩/质量比大，结构紧凑，低速大扭矩，响应快，电磁兼容性和控制性能好等突出优点；并已在机器人、精密仪器仪表、医疗器械、航空航天及新型武器装备等领域得到广泛的应用。
超声波加工机床的发展历程与趋势分析
超声波加工机床的发展历程与趋势分析近年来，随着科技的不断发展，超声波加工机床成为工业界的新宠。
超声波加工机床利用超声波的机械振动能量，通过与加工对象相互作用，实现高精度、高效率的加工。
本文将从发展历程、技术原理、应用领域以及未来发展趋势等多个方面进行分析，探讨超声波加工机床的发展历程与趋势。
一、发展历程超声波加工机床的发展可以追溯到20世纪60年代，当时，人们开始将超声波应用于金属加工中。
1961年，美国MIT推出了世界上第一台超声波金属切割机，开创了超声波加工机床的先河。
随后，超声波加工机床逐渐应用于各个领域，包括切割、钻孔、焊接、清洗等。
随着科技的不断进步，超声波加工机床的性能也得到了飞速的提升。
原始的超声波金属切割机仅能在硬度较低的金属上进行切割，而现代的超声波加工机床已经可以在各种硬度的材料上进行加工。
此外，超声波加工机床的加工精度和加工速度也大幅提高，使其在微细加工领域更具竞争力。
二、技术原理超声波加工机床利用超声波的机械振动能量，通过将振动能量传递给加工工具或加工对象，实现加工目的。
具体来说，超声波加工机床由发生器、共振器、驱动器和工具等部分组成。
发生器产生高频电能，并将其转换为机械振动能量；共振器将机械振动能量传递给工具；驱动器则用于控制共振器的振动幅度和频率。
超声波加工机床的加工过程主要由三个参数控制：振幅、频率和压力。
振幅是指共振器中工具的机械振动幅度，决定了加工的切割深度；频率是指振动的周期，决定了加工的稳定性和速度；压力则是施加于工具上的力量，影响加工的表面质量和加工力度。
通过合理调节这三个参数，可以实现高精度、高效率的加工。
三、应用领域超声波加工机床广泛应用于多个领域，包括航空航天、汽车制造、电子器件、医疗器械等。
具体应用如下：1. 切割与钻孔：超声波加工机床在金属切割和钻孔领域有着广泛的应用。
由于振动频率高、能量集中，超声波切割和钻孔可以在短时间内完成工作，并且不会产生较大的机械变形。
超声波电机行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告
超声波电机行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告Analysis of the Current Situation of the Ultrasonic Motor Industry Market and Future Development Trends in the Next Three to Five Years超声波电机行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告Introduction:介绍：The ultrasonic motor industry has witnessed significant growth in recent years due to its wide range of applications in various industries such as automotive, healthcare, and consumer electronics. This article aims to analyze the current market situation of the ultrasonic motor industry and provide insights into the future development trends for the next three to five years.超声波电机行业近年来得到了显著发展，其在汽车、医疗保健和消费电子等各行业中的广泛应用是其增长的主要原因。
本文旨在分析超声波电机行业的市场现状，并提供未来三到五年发展趋势的见解。
Current Market Situation:市场现状：The ultrasonic motor market is currently experiencing steady growth and is expected to continue expanding in the coming years. The market is driven by the increasing demand for energy-efficient and high-performance motors in various industries. The automotive sector is one of the key drivers of the market growth, as ultrasonic motors are widely used in electric vehicles and advanced driver assistance systems (ADAS).目前，超声波电机市场正稳步增长，并有望在未来几年继续扩大。
2024年超声波电机市场环境分析
2024年超声波电机市场环境分析一、市场概况超声波电机是一种基于超声波原理进行驱动的电机，具有高速、高精度、低噪音等优点，在很多领域都有广泛的应用。
本文将对超声波电机市场环境进行分析。
二、市场规模与增长趋势超声波电机市场目前规模较小，但呈现出稳定增长的趋势。
根据市场调研数据显示，预计未来几年市场规模将保持年均10%的增长率。
这主要受益于超声波电机在自动化、医疗设备、精密仪器等领域的广泛应用。
三、竞争格局当前超声波电机市场存在较强的竞争，主要集中在少数几家大型厂商之间。
它们拥有先进的技术和资源优势，在市场中具有一定的话语权。
同时，小型厂商也在市场中崭露头角，通过产品差异化和定位等方式进行竞争。
四、市场驱动因素1.技术发展：随着超声波技术的不断进步，超声波电机的性能不断提高，应用领域也得到扩展，对市场的推动作用越来越大。
2.应用需求：在自动化设备、机器人、精密仪器等领域，对高速和高精度的驱动需求日益增长，超声波电机能够满足这些需求。
3.产业政策：政府对技术创新和高端制造业的扶持政策，提供了有利于超声波电机市场发展的环境。
五、市场挑战与机遇1.技术难题：超声波电机的制造和应用仍存在一些挑战，如高频噪音问题、高成本等。
如何解决这些问题，将直接影响市场的发展。
2.行业标准不统一：目前，超声波电机行业缺乏统一的行业标准，导致市场份额分散，亟需制定行业标准以推动市场的整合和规范化。
3.新兴应用领域：超声波电机在一些新兴应用领域的应用前景广阔，如智能家居、无人驾驶等，这为市场带来了巨大的机遇。
六、市场前景与发展方向展望未来，超声波电机市场有望保持较高的增长速度。
与此同时，应该重点关注以下发展方向： 1. 技术创新：加大在超声波电机技术研发方面的投入，不断提高产品性能和可靠性。
2. 应用拓展：开拓新的应用领域，深度挖掘市场需求，推动超声波电机在更多领域的应用。
3. 降低成本：通过技术进步和规模化生产，降低超声波电机的制造成本，提高市场竞争力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电磁电机 超声电机
响应特性的比较
快速响应演示装置
超声电机分辨率：0.79” 伺服电机分辨率：9.89” 步进电机分辨率：25.5”
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
* 断电自锁
超声电机
电磁电机
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
* 电磁兼容性好； * 噪声小（在 100 毫米之内， <45 分贝）； * 可在真空和高/低温下工作； * 形状多样化：圆形、方形、圆环形和圆柱形等； * 超声电机的效率不随尺寸减小而下降。
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
1、基于纵振模态
Vr
Vr
Vs
Vs
Sashida提出的首台驻波型超声电机原理
Kurosawa利用两个基于纵向振 动模态的定子的组合，研制成了驱 动效率较高的直线型电机
优点：机电转换效率高，陶瓷片分区形式简单 缺点：摩擦磨损问题严重
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
三、超声电机的发展历史与现状
国外 1、概念提出阶段（20世纪40年代－70年代） （1）BaTiO3陶瓷的制备技术 （2）1948年Williams和Brown申请第一 个“压电马达”专利 （3）1961年Bulova公司利用弹性振动驱 动钟表 （4）1973年IBM公司的Barth提出超声电 机方案
智能材料集感知、驱动和信息处理于一体， 形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料， 具有自感知、自诊断、自适应、自修复等功能。
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
1.超声电机(Ultrasonic motor, Ultrasonic wave
motor, Piezoelectric motor, Piezomotor, USM)：
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
现代的驱动技术主要由驱动器与控制系统组 成。现代驱动技术主要分为两大类：一类为电磁 式的，另一类则为非电磁式的。
电磁类，它的驱动器包括传统改进型的电磁 驱动器与新发展型的电磁驱动器。它们中有旋转 的、直线的、磁浮的、电磁发射的等等。
非电磁类，它的驱动器包括压电的、磁致伸 缩的、记忆合金的、超导的、静电的、光驱的、 金属氢化物的等等。
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
2.运动机理直流电源Βιβλιοθήκη 逆压电效应频率发生器
分频分相器
Sinωt
功放/匹配器 GND 超声电机 Cosωt
频率自动跟踪器
A B
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
+
=
A (r, ) R(r) sin n B (r, ) R(r) cos n w W0 sin(kx nt)
2、纵/弯电机
Tomikawa研制的平板纵/弯 电机
Oonishi提出的 型直线型电机定子 足部的纵向振动和弯曲振动
优点：结构简单，可实现尺蠖运动。 缺点：存在模态调节的一致性问题。
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
压电驱动技术的发展历史和研究现状 (超声电机)
南京航空航天大学精宻驱动研究所
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
课程内容
一、压电驱动技术的内涵 二、超声电机的原理及特点 三、超声电机的发展历史与现状 四、超声电机的分类 五、超声电机的应用 六、南航超声电机枝术的发展
分类方法 波的传播方式
运动输出方式
定、转子的接触方式 压电元件对定子的激振方式
转子运动的自由度数 驱动点的振动位移方向相对于定子工作表面的几
何关系 定子的结构形式
类型 行波型、驻波型 旋转型、直线型 接触式、非接触式 共振式、非共振式 单自由度、多自由度
面外模态、面内模态
板式、环式、杆式
以其振动的特征来进行分类能较好地反映出超声电机的特点。按照这样 的分类方法，从现有的超声电机来看，主要有五类，即：纵振电机、纵 /弯电机、纵/扭电机、弯/弯电机和基于面内振动模态的超声电机。
wA (r, , t) WA R(r) sin n cosnt
wB (r, , t) WB R(r) cos n cos(nt )
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
转子
椭圆运动
椭圆运动
行波
定子
运动机理计算机仿真
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
3.超声电机的特点
* 扭矩/ 重量比大（为电磁电机的 5-10 倍)； * 不需减速齿轮箱，就能实现低速大扭矩；
B A
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
三、超声电机的发展历史
2、样机研制阶段（20世纪80年代前期） （1）1982年Sashida提出驻波旋转超声电 机，解决了驱动问题； （2）1983年Sashida提出行波旋转超声电 机，解决了稳定性问题； （3）1985年Sashida提出直线超声电机方 案：环梁式和直梁式。
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
低速大扭矩输出
直流电机与超声电机负载特性和效率的比较
直流电磁电机适合小力矩、高速运转的应用场合，要驱动负载 需要增加齿轮箱来减速、增矩。 超声电机适合大力矩、低速运转的场合，可直接驱动负载。
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
* 响应快 (毫秒级) ，控制性能好；
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
三、超声电机的发展历史
国内 起源于20世纪90年代，至今尚无大规模的工 程化应用。 （1）清华大学的微型电机 （2）浙江大学的纵/扭电机 （3）吉林大学的精密驱动器 （4）哈工大的专用摩擦材料 （5）南航大的超声电机技术
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
四、超声电机的分类
20世纪80年代迅速发展起来的一种全新概念的微特电机；
它是振动和波动学、材料科学、电力电子、自动控制和超精
加工等多个学科发展和综合的结晶；
突破了传统电机的概念：
传统电机
电磁效应
超声电机
逆压电效应＋超声振动
压电效应
逆压电效应
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
电磁型电机
超声电机
结构分解图
结?构?分分解解? 图
U
南京航空航天大学精密驱动技术研究所
三、超声电机的发展历史
3、商品化阶段（1987年至今） （1）Sashida创建Shinsei公司，正式把 行波超声电机作为商品出售； （2）Canon公司把杆式行波超声电机应用 到EOS（电子光学系统）相机镜头的调焦系 统； （3）各类不同原理、不同形式、不同性能 的超声电机被研发和应用。