超声电机技术的发展和应用

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1、万方数据·综述与展望·赵淳生，等·超声电机技术的发展和应用【编者按】超声电机是利用压电材料的逆压效应所产生的振动，经转换为旋转或直线运动。该电机具有体积小、扭矩大、响应快和精度高等许多优点，适用于现代工业和军事装备等许多领域。本刊特约超声电机技术学科带头人——南京航空航天大学教授赵淳生院士撰写超声电机技术综述论文并在本期发表，旨在宣传和介绍该产品，促进其推广应用；同时希望引起机电行业广大读者的兴趣，以本刊为平台，进行学术交流。本刊编辑部超声电机技术的发展和应用赵淳生，朱华(南京航空航天大学精密驱动研究所，江苏南京210016)摘要：回顾了超声电

2、机的发展和应用情况，叙述了超声电机的特点，总结了超声电机的分类方法，指出了超声电机技术的发展趋势。针对我国超声电机技术开发和研究现状，提出了我国超声电机产业化进程中亟待解决的一些关键问题。关键词：超声电机；压电材料；摩擦驱动；精密定位中图分类号：TM359．9文献标识码：A文章编号：1671-5276(2008)034)0014)9DevelopmentandApplicationofUltrasonicMotorsTechnologiesZHAOChun—sheng，ZHUHua(PrecisionDrivingLaboratory，Nanj

3、ingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Thedevelopmenthistoryandtheapplicationoftheultrasonicmotorarereviewed，anditscharacteristicsarealsosumma-rized．Amethodforclass阡yingtheultrasonicmotorisproposed．Thedevelopmenttrendsofthemotorispointedout．So

4、mekeytechnicalproblems。whichhavetobesoIvedintheindustdlizationprogressofthemotor，arepresentaccordingtotheresearchactu-a¨tyinourcourtry．Keywords：ultrasonicmotor；piezoeletricmaterial；frictionactuating；precisionposRioning现代微特电机技术融合了电机、计算机、电力电子、自动控制、精密机械、新材料和新工艺等多种高新技术，是现代仪器设备自动

5、化、工业自动化、办公自动化和家庭生活自动化不可缺少的重要技术。传统电机的发明和发展已有100多年的历史，无论在理论上、设计方法上还是制造技术上，都达到了十分完善的程度。由于它的工作原理和结构的限制，难以满足当前航空、航天等国防装备以及其他电子设备、精密仪器等对电机提出的短、小、轻、薄、低噪声、无电磁干扰等要求。为此，世界各国都在探索其他新型微特电机，如静电电机、超声电机、仿生电机、光热电机、形状记忆合金电机和微波电机等新技术。就目前的研究现状来说，超声电机是诸类新型电机中技术较为成熟的一种，并且在许多领域已经得到了实际应用。本文将综述超声电机技

6、术的发展历史、特点、分类和应用情况，最后针对我国超声电机的研究现状提出几点亟待解决的关键问题。1超声电机的发展超声电机(ultrasonicmotor，简称USM)是一种全新概念的微特电机。它的工作原理是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体在超声频段内微幅振动，并通过定子与转子之间的摩擦作用将其转换成转子(动子)的旋转(直线)运动。1948年，Williams和Brown申请了历史上第一个“压电马达”的专利¨J，其结构如图1所示。这一发明点燃了研究超声电机的火花。1961年，日本Bulova公司利用音叉的往复位移驱动如图2所示的钟表齿轮【2』，

7、这种钟表的工作频率为360Hz，其月误差只有一分钟，打破了那个时代的纪录，也是人类尝试利用弹性振动获得动力的开始。大约十年之后，即在1970～1972年，Siemens和Matsushita公司又开发出一种直线型驱动器和步进电机，其中使用了压电振子这一关键元件。由于这种压电振子的共振频率为数十千作者简介：赵淳生(1938一)，男，湖南衡山人，中国科学院院士，南京航空航天大学教授，机械工程专家。博士，兼任《振动、测试与诊断》主编以及《微电机》等多家期刊、学报编委，长期从事振动工程技术和应用研究，近15年来。潜心研究超声电机技术，在新型超声电机运动

8、机理、机电耦合模型、结构参数优化设计、驱动与控制技术等方面总结和提出了系统的理论和设计方法，授权和申请国家发明专利35项。出版著、译作有《机械振动参数