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超聲電機
閱讀�4455時間�2017-08-12 11:19:34

    超聲電機是振動學(xué)、波動學(xué)、摩擦學(xué)等學(xué)科結(jié)合的新型技�(shù)。超聲電機主要有�(jié)�(gòu)簡單、緊�� 直接�(qū)�,無需齒輪�、動�(tài)響應(yīng)好等特點�

原理

    超聲電機(Ultrasonic Motor 或簡寫為USM)技�(shù)是振動學(xué)、波動學(xué)、摩擦學(xué)、動�(tài)�(shè)計、電力電�、自動控�、新材料和新工藝等學(xué)科結(jié)合的新技�(shù)。超聲電機不像傳�(tǒng)的電機那樣,利用電磁的交叉力來獲得其運動和力�。超聲電機則是利用壓電陶瓷的逆壓電效�(yīng)和超聲振動來獲得其運動和力矩�,將材料的微觀變形通過機械共振放大和摩擦耦合�(zhuǎn)換成�(zhuǎn)子的宏觀運動。在這種新型電機中,壓電陶瓷材料盤代替了許許多多的銅線圈�

�(fā)展歷史及�(xiàn)狀

    超聲電機的雛形最早由前蘇�(lián)�60年代初提��1973年,美國IBM公司的H.V Barth博士、前蘇聯(lián)的V.H.Lavrinenko等人研制出原理性的超聲電機�80年代,日本許多科�(xué)工作者致力將美國和蘇�(lián)的原理性樣機開�(fā)成使用的超聲電機,并�90年代初投入到商業(yè)�(yīng)�。至�,日�、美�、俄羅斯、德國競相研制各種類型和用途的超聲電機�

與傳�(tǒng)電機的比�

    超聲電機與傳�(tǒng)電機相比,具有結(jié)�(gòu)簡單、小型輕�、響�(yīng)速度快,噪聲�、低速大�(zhuǎn)矩、控制特點好、斷電自鎖、不受磁場干�,運動準確等�(yōu)�,兩外還具有耐低�、真空等適應(yīng)太空�(huán)境的特點。首先由于質(zhì)量輕,低速且大轉(zhuǎn)矩從而不需要附加齒輪等變速結(jié)�(gòu),避免了使用齒輪變速而產(chǎn)生的震動、沖擊與噪聲、低效率、難控制等一系列問題;其次它突破了傳�(tǒng)電機的概�,沒有電磁繞組和磁路,不用電磁相互作用來�(zhuǎn)換能�,而是利用壓電陶瓷的逆壓電效�(yīng)、超聲振動和摩擦耦合來轉(zhuǎn)換能�。從而實�(xiàn)了安�、污�?。欢ㄎ痪雀?;不受電磁干擾等�(yōu)�??梢哉f超聲電機技�(shù)處于世界上高科技之一�

�(yīng)�

    超聲電機作為一種新型的微電�,在轎車電器、辦公自動化�(shè)�、精密儀器儀�、計算機、工�(yè)控制系統(tǒng)航空航天、智能機器人等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前�。根�(jù)超聲波電機的研究成果,目前國外已�(jīng)成功�(yīng)用于照相機的自動焦距裝置、傳送裝�、自動升降裝置、精密繪圖儀、微機械�(qū)動器等領(lǐng)域�

    �1)光�(xué)機器

    超聲波電機在照相�、攝像機、顯微鏡等光�(xué)儀器的聚焦系統(tǒng)中作為驅(qū)動原�,能獲得很滿意的效果。接觸式USM具有低速大�(zhuǎn)矩的特點,在許多�(yīng)用場合中可免去減速裝置直接驅(qū)�。最典型的應(yīng)用于照相機的自動焦距鏡頭中,與采用傳�(tǒng)電機鏡頭相比,具有安靜、無電磁噪聲;定位精度高;調(diào)焦時間短;無齒輪減�、機�(gòu)簡單等優(yōu)點�

    光學(xué)顯微�,自動焦�,顯微定位,微納米計算尺,LCD等顯示平板的生產(chǎn)測試檢查,晶片檢查定�,消除振動系�(tǒng),天文觀測儀�,自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),微型掃描儀,基因處理,微型手術(shù),光�(xué)鏡面�(diào)整等都應(yīng)用了超聲波電機�

    �2)汽�

    超聲波電機用于汽車車窗的�(qū)動裝置中,可使它體積扁小、低速時具有大轉(zhuǎn)矩的�(yōu)點發(fā)揮得淋漓盡致。它還可用于磁懸浮列車上,為使列車懸浮與軌道�,使通過超導(dǎo)電流�(chǎn)生強磁場,需要大力矩和控制性能良好的驅(qū)動器,這對于USM來說是最適合的�

    (3)航天中的運用

    電機在低溫和真空條件下的運行特性對航空航天的發(fā)展是極為重要�。超聲波電機具有的結(jié)�(gòu)簡單、重量輕、不受磁場干�、真空下無需潤滑油的�(yōu)�,是電磁電機在航空航天領(lǐng)域所不具有的�1995年末,美國航空航天局噴氣推進實驗室首次將直線超聲波電機用于多功能爬行系�(tǒng),該系統(tǒng)用于航天飛船外艙壁的檢查,其承載重量與自重比�10�1。利用其低速大力矩和高精度等特點,NASA將其用于火星探測器的輕量機械臂上,采用超聲波電機取代有刷直流電機后,Mars ArmⅡ結(jié)�(gòu)雖與Mars ArmⅠ相�,但重量減輕�40%,其主要原因是用超聲波電機能直接�(qū)�,另外還可大大縮小工作空�,如NASA的Calileo航天器上的濾波齒�(Filter wheel)在使用超聲波電機前后的尺寸縮小了4�。利用其�(qū)動方式靈活的特點,日本宇宙研究所研制了兩種直線超聲波電機用于空間伸展�(jié)�(gòu)的伸展和收縮。利用超聲波電機的響�(yīng)快等特點,美國和法國用于�(dǎo)彈的測控系統(tǒng);利用結(jié)�(gòu)簡單可微型化的特�,日本研制微型超聲波電機用于微衛(wèi)星等�(lǐng)�。此�,日本和美國等國家正在進行超聲波電機的各種研究,用于航天等軍事�(lǐng)域。由此可�,超聲波電機以其高轉(zhuǎn)矩重量比、快速響�(yīng)、高精度和斷電自鎖等特點、將在航天航空等軍工�(lǐng)域中受到愈來愈大的重��

    (4)工業(yè)機床中的�(yīng)�

    由于超聲波電機結(jié)�(gòu)剛度大、定位精度高,它可用于工具驅(qū)動與控制裝置以及工件的定點傳輸。如機床的精密進給機構(gòu)、刀具的磨損�(diào)度裝�、微細電火花機的加工裝置、工件準確定位與裝夾、縮緊裝置及夾具的快速調(diào)��

    (5)�(yī)療與生物�(xué)�(lǐng)域中的應(yīng)�

    生物材料微型操作�、計量設(shè)�、微型噴嘴、沖擊發(fā)生器、腎�(jié)石破碎治療機、氣管超聲掃描器。許多科�(xué)儀�,醫(yī)療器械會�(chǎn)生強磁場或者對電磁場干擾具有嚴格的要求,而超聲波電機能避免這些問題,所以可以用于核磁共振環(huán)境下�(shè)備的�(qū)��

    (6)民用�(chǎn)品的�(yīng)�

    首先由于超聲電機的安�、體積小等優(yōu)點,可用于壓縮機的使用上,在家電�(lǐng)域具有廣泛的用途;傳統(tǒng)的電機驅(qū)動由于在中間�(huán)節(jié),不可避免的存在累計誤差,而超聲波電機控制性能�,體積小,可用于精密控制,如電子手表;同時利用其控制精度高的特點,可用于IC、LSI等數(shù)控機�,印刷線路板加工、檢�,晶片遇見排�、焊�、封�,半�(dǎo)體片等精密沖�。環(huán)狀壓電機可用于樓宇窗簾的自動開��

�(yīng)用前�

    專家�(yù)言�21世紀將是超聲電機大放光芒的時�,超聲波電動機可廣泛�(yīng)用于OA、FA、照相機、攝像機、工�(yè)機器�、汽車、家用電器等需要直接驅(qū)動的機構(gòu)�,它將有可能部分取代微型電機。自1960年前蘇聯(lián)一位科�(xué)家提出超聲波電動機的�(shè)想以來,前西德西門子公�、AEG公司、日本松下電器工�(yè)公司、日立萬勝公�、新生工�(yè)公司都在進行開發(fā)工作,并達到了商品化開發(fā)程度�

    可以�(yù)計:�21世紀,為了發(fā)展我國人造衛(wèi)星、導(dǎo)�、火�、飛�、機器人、微型機械、汽�、磁浮列車以及其他精密儀器,將需要大量的、高性能的超聲電�。超聲電機技�(shù)的發(fā)展,必將對我國國防和其他國民�(jīng)濟各部門起著重大作用,例如:

    � 21世紀,航空航天是我國重點�(fā)展的�(lǐng)域之一。從國外的應(yīng)用的情況�,它必將�(yīng)用超聲電�。如納米�(wèi)�、微型飛�、宇宙飛船和空間探測器等,應(yīng)用超聲電�,可以減少其重量,增強其可控��

    � 機器人和微型機械,也是我�21世紀重點�(fā)展的�(lǐng)域之一。超聲電機可以使機器人和微型機械簡化�(jié)�(gòu),減輕重�,增強其可控�。隨著超聲電機的微型�,微型機械可進入人體,如作為人造心臟的�(qū)動器,它將會大大推動人造器官的�(chǎn)�(yè)化進程�

    � 21世紀,我國將要大力發(fā)展磁浮列�。磁浮列車上的強磁場干擾,使得在磁浮列車上的傳統(tǒng)的電磁電機工作失�,超聲電機將大有可為�

    � 未來豪華轎車上的電機之多可達80�,使汽車體積增加,電磁干擾增�。應(yīng)用超聲電機,由于不需齒輪箱從而大大降低其體積;由于超聲電機不�(chǎn)生磁場而使汽車的電磁兼容性得到大大改�。汽車上的中央門鎖、門窗玻璃的升降,前視鏡和雨刮器等,均可用超聲電機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁電��

    � 隨著掌上計算機,可視電話電視、手提式儀器等的發(fā)展,微型超聲電機將可得到廣泛�(yīng)�。超聲電機將使這些微型儀器降低重量和體積,減少其能量損��

    � 由于超聲電機的位置控制精度很�,可達微米級甚至納米�。超聲電機將會在一些精密儀�、醫(yī)療設(shè)備以及半�(dǎo)體制造技�(shù)中得到廣泛應(yīng)��

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