超聲電機的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀.pdf

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1、南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所壓電驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀(超聲電機)南京航空航天大學(xué)精宻驅(qū)動研究所南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所課程內(nèi)容一、壓電驅(qū)動技術(shù)的內(nèi)涵二、超聲電機的原理及特點三、超聲電機的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀四、超聲電機的分類五、超聲電機的應(yīng)用六、南航超聲電機枝術(shù)的發(fā)展南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所現(xiàn)代的驅(qū)動技術(shù)主要由驅(qū)動器與控制系統(tǒng)組成?，F(xiàn)代驅(qū)動技術(shù)主要分為兩大類：一類為電磁式的，另一類則為非電磁式的。電磁類，它的驅(qū)動器包括傳統(tǒng)改進(jìn)型的電磁驅(qū)動器與新發(fā)展型的電磁驅(qū)動器。它們中有旋轉(zhuǎn)的、直線的、磁浮的、電磁發(fā)射的等等。非電磁類，它的驅(qū)動器包括壓電的、磁致伸縮的

2、、記憶合金的、超導(dǎo)的、靜電的、光驅(qū)的、金屬氫化物的等等。智能材料集感知、驅(qū)動和信息處理于一體，形成類似生物材料那樣的具有智能屬性的材料，具有自感知、自診斷、自適應(yīng)、自修復(fù)等功能。南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所1.超聲電機(Ultrasonicmotor,Ultrasonicwavemotor,Piezoelectricmotor,Piezomotor,USM)：?20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的一種全新概念的微特電機；?它是振動和波動學(xué)、材料科學(xué)、電力電子、自動控制和超精加工等多個學(xué)科發(fā)展和綜合的結(jié)晶；?突破了傳統(tǒng)電機的概念：傳統(tǒng)電機電磁效應(yīng)超聲電機逆壓電效應(yīng)＋超聲振動壓電效應(yīng)

3、逆壓電效應(yīng)南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所超聲電機電磁型電機結(jié)構(gòu)分解圖??分解?結(jié)構(gòu)分解圖南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所2.運動機理直流電源逆壓電效應(yīng)SinωtGND頻率發(fā)生器分頻分相器功放/匹配器超聲電機Cosωt頻率自動跟蹤器AB南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所+=?A(,)rR???()sinrn?B(,)rR???()cosrnwW?0sin(kxt??n)wrtA(,,)??WRrA()sincosn??ntw(r,?,t)?WR(r)cosn?cos(?t??)BBn南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所轉(zhuǎn)子橢圓運動橢圓運動行波定子運動機理計算機仿真南京航空航天大

4、學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所3.超聲電機的特點**扭矩扭矩//重量比大（為電磁電機的重量比大（為電磁電機的55--1010倍倍))；；**不需減速齒輪箱，就能實現(xiàn)低速大扭矩；不需減速齒輪箱，就能實現(xiàn)低速大扭矩；南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所低速大扭矩輸出直流電機與超聲電機負(fù)載特性和效率的比較直流電磁電機適合小力矩、高速運轉(zhuǎn)的應(yīng)用場合，要驅(qū)動負(fù)載需要增加齒輪箱來減速、增矩。超聲電機適合大力矩、低速運轉(zhuǎn)的場合，可直接驅(qū)動負(fù)載。南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所**響應(yīng)快響應(yīng)快((毫秒級毫秒級))，控制性能好；，控制性能好；電磁電機超聲電機響應(yīng)特性的比較快速響應(yīng)演示裝置超聲電機分辨率：0.

5、79”伺服電機分辨率：9.89”步進(jìn)電機分辨率：25.5”南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所*斷電自鎖超聲電機電磁電機南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所**電磁兼容性好；電磁兼容性好；**噪聲?。ㄔ谠肼曅。ㄔ?00100毫米之內(nèi)，毫米之內(nèi)，<45<45分貝）；分貝）；**可在真空和高可在真空和高//低溫下工作；低溫下工作；**形狀多樣化：圓形、方形、圓環(huán)形和圓柱形等；形狀多樣化：圓形、方形、圓環(huán)形和圓柱形等；*超聲電機的效率不隨尺寸減小而下降。南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所三、超聲電機的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀BA國外1、概念提出階段（20世紀(jì)40年代－70年代）（1）BaTiO陶瓷的

6、制備技術(shù)3（2）1948年Williams和Brown申請第一個“壓電馬達(dá)”專利（3）1961年Bulova公司利用彈性振動驅(qū)動鐘表（4）1973年IBM公司的Barth提出超聲電機方案南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所三、超聲電機的發(fā)展歷史2、樣機研制階段（20世紀(jì)80年代前期）（1）1982年Sashida提出駐波旋轉(zhuǎn)超聲電機，解決了驅(qū)動問題；（2）1983年Sashida提出行波旋轉(zhuǎn)超聲電機，解決了穩(wěn)定性問題；（3）1985年Sashida提出直線超聲電機方案：環(huán)梁式和直梁式。U南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所三、超聲電機的發(fā)展歷史3、商品化階段（1987年至今）（1）S

7、ashida創(chuàng)建Shinsei公司，正式把行波超聲電機作為商品出售；（2）Canon公司把桿式行波超聲電機應(yīng)用到EOS（電子光學(xué)系統(tǒng)）相機鏡頭的調(diào)焦系統(tǒng)；（3）各類不同原理、不同形式、不同性能的超聲電機被研發(fā)和應(yīng)用。南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)研究所三、超聲電機的發(fā)展歷史國內(nèi)起源于20世紀(jì)90年代，至今尚無大規(guī)模的工程化應(yīng)用。（1）清華大學(xué)的微型電機（2）浙江大學(xué)的縱/扭電機（3）吉林大學(xué)的精密驅(qū)動器（4）哈工大的專用摩擦材料（5）南航大的超聲電機技術(shù)南京航空航天大學(xué)精密驅(qū)動技術(shù)