超聲波電動機是20世紀末發展起來的一種新的微型驅動電機,它的基本結構及工作原理與傳統電機完全不同,沒有繞組和磁路,不以電磁相互作用來傳遞能量,而是基于壓電材料的逆壓電效應(即電致伸縮效應),利用超聲波振動來實現機電能量轉換。由于這種新型電機的工作頻率一般在20kHz以上,因此稱為超聲波電機。 超聲波電機打破了傳統電機必須由電磁效應產生轉矩和轉速的固有概念。與電磁式電機相比.超聲波電機具有以下特點:
(1)體積小,重量輕。超聲波電機不用線圈,沒有繞組和磁路,結構簡單、緊湊,與電磁式電機相比,在輸出轉矩相同的情況下,可以做得更小、更輕、更薄。超聲波電機的轉矩密度一般為電磁式電機的幾倍到十幾倍。 (2)低速大轉矩。超聲波電機的****優點在于它能以極低的速度運行.很容易做到每分鐘幾十轉(甚至更低),并且能保持大轉矩的輸出。這樣就無需齒輪減速機構,可實現對較大負載的直接驅動。 (3)響應迅速,控制特性好。超聲波電機轉子的質量較輕,慣性小,響應速度快,起動和制動的時間均為毫秒級,因此可以實現高精度的速度控制和位置控制。 (4)有斷電自鎖功能。由于超聲波電動機是依靠定、轉子間的摩擦力驅動的,因此定、轉子間必須施加一定的軸向壓力,以便將壓電振子的振動轉換為轉子的旋轉。這樣當切斷電源時·由于靜摩擦力的作用,轉子便可自鎖。 (5)與外界無相互電磁干擾。超聲波電機無需勵磁.因此它不受外界電磁場的影響。同時,它對外界也不會產生電磁干擾,特別適合于強磁場的工作環境。 (6)結構形式多樣化。由于超聲波電機是將壓電振子的機械能通過定、轉子之間的摩擦傳遞給轉子,轉子可以做旋轉運動,也可以做直線運動(這時應稱為動子).因此轉子運動的自由度較大,其結構設計的自由度也較大,可適應不同應用場合的需要。 超聲波電動機是典型的機電一體化產品,它涉及電機學、振動學、摩擦學、功能材料、電子技術、自動控制技術和檢測技術多門學科,雖然它的發明和發展僅有二十多年的歷史,但在航空航天、機器人、精密儀器、醫療設備等諸多領域已得到很好的應用,目前仍是國內外研究和開發的熱點。
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