超声波电机原理与设计

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1、超声波电机原理与设计胡敏强金龙顾菊平编著KB2北京内容简介本书是有关超声波电机原理与设计的专著，是以东南大学“超声波电机及其控制研究”课题组近十多年来的科学研究工作为基础编著而成。内容涉及超声波电机的原理、设计理论与方法、性能分析模型、驱动控制系统、样机制造和测试等各个方面。书中的大部分内容是作者们科研成果的总结。全书共分１１章，书中对各种结构超声波电机的原理、分析和设计方法，驱动控制系统、样机设计和制作、测试原理和方法等一一做了相应的介绍。第１章是绪论，对超声波电机及应用的研究历史、现状和未来作了介绍和展望；第２～４章对超声波电机的基础理论和数学模型进行了介绍；

2、第５～７章对行波超声波电机的分析设计及其驱动控制进行了介绍；第８章介绍了圆柱定子超声波电机；第９章介绍了步进超声波电机；第１０章介绍了直线超声波电机；第１１章对超声波电机的样机制作主要技术、测试技术及测试结果进行了介绍。本书可供从事超声波电机研究及其应用的科技人员和高等学校有关专业教师阅读参考，特别适于作为电气工程、机械振动、自动控制等专业研究生、本科高年级学生和工程技术人员的科研参考资料，也可作为了解和掌握超声波电机的专门教材和教学参考书。图书在版编目（（（ＣＩＰ）））数据超声波电机原理与设计／胡敏强，金龙，顾菊平编著．—北京：科学出版社，２００５ＩＳＢＮ７唱０

3、３唱０１５３４４唱８　Ⅰ．超…　Ⅱ．①胡…②金…③顾…　Ⅲ．超声波唱电机　Ⅳ．ＴＭ３８中国版本图书馆ＣＩＰ数据核字（２００５）第０３０２６４号责任编辑：巴建芬朱海磊／责任校对：刘小梅责任印制：钱玉芬／封面设计：耕者设计工作室出版北京东黄城根北街１６号邮政编码：１００７１７ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｐ．ｃｏｍ印刷科学出版社发行各地新华书店经销倡２００５年９月第一版开本：Ｂ５（７２０×１０００）２００５年９月第一次印刷印张：１９１／２插页：２印数：１—２０００　　　　　　字数：３７５０００定价：４５．００元（如有印装质量问题，我社负责调换枙环伟枛）前言超声波

4、电机（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒ，ＵＳＭ）是国内外日益受到重视的一种新型直接驱动电机。与传统的电磁式电机不同，超声波电机没有磁极和绕组，不依靠电磁介质来传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应，通过各种伸缩振动模式的转换与耦合，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或者滑块的宏观运动。在其研究和发展过程中，曾有很多不同的命名，如振动电机、压电电机、声表面波电机、超声马达等，现在国内比较常用的称谓是超声电机或超声波电机。超声波电机具有功率密度大、无电磁干扰、低速大转矩、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的

5、电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、超高精度测量仪器、办公自动化设备、智能机器人等领域有着十分广阔的应用前景，近年来备受科技界和工业界的重视，是当前非连续驱动控制领域的一个研究热点。利用电致伸缩或压电振子产生的强力超声振动能量作为动力的尝试早在２０世纪４０年代就有人提出，但碍于当时功能材料及技术上的难题，这一设想没有能够实现。从２０世纪６０年代起，包括原苏联、德国、美国、日本等国在内的研究人员相继开展了超声波电机的研究，这些探索为超声波电机走向实用化奠定了理论和实验研究的基础。１９８２年，日本新生公司的指田年生研制成功的振动片型超声波电机

6、和行波型超声波电机，引起了众多公司和大学的兴趣，包括新生、松下、佳能、日电等公司和东京工业大学、山形大学、东北大学、神奈川工大学、东京大学等高校共约４０余家单位相继对超声波电机进行研究和开发，从而使超声波电机进入大规模的实验研究和实用化开发阶段。各种结构的超声波电机不断被提出，驱动控制电路、应用产品专利也不断地出现。１９８７年，佳能公司将其开发的环形行波超声波电机正式应用于ＥＯＳ相机自动调焦系统，月需量２万～３万个，使超声波电机的研究开发达到高峰。日本在超声波电机方面的成功引起了其他国家的充分重视，英、法、美、德、中等国纷纷于２０世纪８０年代末投入到超声波电机的研

7、究行列中。我国在超声波电机的研究方面虽然起步较晚，但发展迅速，先后有多个单位开展了超声波电机的研究，在超声波电机的设计理论、制造技术、控制策略和性能分析等方面的研究上取得了突破性的研究成果，已开发研制了多种具有实用价值的样机，有的已经在工程上得到了应用。东南大学“超声波电机及其控制研究”课题组在胡敏强教授的带领下，从１９９４年开始对超声波电机设计理论、控制技术、性能分析、样机制造、测试方法及产业化关键技术等方面开展了较深入的研究工作，取得了一系列研究成果。在设计理论上，对各种形式超声波电机的数学模型、运行性能进行了定性分析　·ｉ·　和定量计算，给出了超声波电机机电

8、耦合能量转