超声波电机是对传统电磁型电机的突破和有力的补充,具有较好的应用前景。例如利用其小型化和结构简单的特点使之用于相机的自动调焦机构;利用其大力矩和高控制精度等特点使之用于坐标仪、机器人;利用其快速响应等特点使之用于武器装备等方面;利用其耐空间环境的特点使之用于航空航天等方面。因而超声波电机引起了世界上许多国家研究机构的重视。
1.2 国外超声波电机的发展
1.3 国内发展概况
1.4 超声波电机的分类
超声波电机作为一种新原理电机,形式多样、结构灵活,使用不同的电机定子振动模态就可以构造出多种电机形式。在过去二十年的发展过程中,出现了几十种不同原理和结构形式的超声波电机,分类的标准也比较多,有按照运动形式、驱动形式
和定转子接触状态等方面加以归纳的。这里我们按照电机的形状把电机分为:柱状结构,环形结构,板式结构和音叉结构四个大类。在四种结构下面按照电机工作原理分为:驻波型、行波型两个子类,
1.5 发展趋势
目前,超声波电机的研究发展趋势主要集中在以下几个方面:
(1)新原理、新结构超声波电机的研究与开发
超声波电机是把压电陶瓷激发的往复机械振动通过机械变换成旋转运动或直线运动,压电陶瓷极化和机械变换的多样性决定了超声波电机的结构差异较大,性能差异也很悬殊。例如:以厚度方向极化的压电陶瓷对于不同机械变换可以构成楔型超声波电机、环形超声波电机以及直线型超声波电机;用扭振压电陶瓷可以做成复合式超声波电机;利用径向极化的压电陶瓷也可以做成直线型或回转型超声波电机。
超声波电机目前主要向大转矩、微型化和多自由度方向发展[8]。日本最新研制成功的球形超声波电机由四个定予和一个球形转子构成,可以在两个自由度的方向旋转;东南大学研制成功的圆柱定子三自由度超声波电机,尽管仍在样机阶段,但它开辟了超声波电机的应用新领域。该电机具有超声波电机的一切优点,大大扩展了其应用范围,特别适合机器人的关节驱动;此外,s.Hirose等人研制了一种小型非接触型超声波电机,其转子是由轻薄硬纸板做成的,定转子间有几毫米的间隙,靠定子振动产生声波的辐射压力柬驱动转子转动,为超声波电机克服摩擦提供了新思路;还有一种利用电流变流体和压电陶瓷构成的新型电机,能有效的克服现有压电电机中存在的磨损、振动和噪声等问题[9],是超声波电机发展的又一方向。
(2)新材料研制
多年的工作使作者深刻体会到:压电陶瓷材料是制约超声波电机发展的关键因素。超声波电机性能的好坏,本质上取决于材料性能的优劣,而材料的性能又受到许多因素的制约,如成分、工艺过程、使用时的外部条件等都会直接影响超声波电机的性能[10]。日本是研制超声波电机种类最多、输出性能最好的国家。该国用于超声波电机振动源的PCM压电材料,具有较高的压电性能和机电耦合系数,其电场强度和机械强度比国内使用的PZT压电材料高,特别是稳定性要好许多。我国在超声波电机用压电陶瓷材料方面做了很多工作,但材料性能和稳定性还有待进一步提高。制约超声波电机发展的另一主要因素是定转子间的摩擦材料。适合超声波电机使用的摩擦材料 文献综述
目前还在不断探索和改进中。摩擦材料是提高超声波电机使用寿命和传递效率的关键因素,因而是今后超声波电机研究的另一大课题。