超声电机的发展历史和研究现状.pdf

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1、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

2、、记忆合金的、超导的、静电的、光驱的、金属氢化物的等等。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(Ultrasonicmotor,Ultrasonicwavemotor,Piezoelectricmotor,Piezomotor,USM)：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

3、逆压电效应南京航空航天大学精密驱动技术研究所超声电机电磁型电机结构分解图??分解?结构分解图南京航空航天大学精密驱动技术研究所2.运动机理直流电源逆压电效应SinωtGND频率发生器分频分相器功放/匹配器超声电机Cosωt频率自动跟踪器AB南京航空航天大学精密驱动技术研究所+=A(,)rR()sinrnB(,)rR()cosrnwW0sin(kxtn)wrtA(,,)WRrA()sincosnntw(r,,t)WR(r)cosncos(t)BBn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

4、学精密驱动技术研究所3.超声电机的特点**扭矩扭矩//重量比大（为电磁电机的重量比大（为电磁电机的55--1010倍倍))；；**不需减速齿轮箱，就能实现低速大扭矩；不需减速齿轮箱，就能实现低速大扭矩；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**响应快响应快((毫秒级毫秒级))，控制性能好；，控制性能好；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.

5、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；电磁兼容性好；**噪声小（在噪声小（在100100毫米之内，毫米之内，<45<45分贝）；分贝）；**可在真空和高可在真空和高//低温下工作；低温下工作；**形状多样化：圆形、方形、圆环形和圆柱形等；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三、超声电机的发展历史与现状BA国外1、概念提出阶段（20世纪40年代－70年代）（1）BaTiO陶瓷的

6、制备技术3（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。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）S

7、ashida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。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