超声波马达原理.pdf

2004 年 9 月 渭南师范学院学报 Sept. 2004 第 19 卷 第 5 期 　　　　　　　　　　Journal of Weinan Teachers College 　　　　　　　　　　Vol. 19 　No. 5 超声波马达原理及其应用 刘 世 清1 ,2 ( 1 陕西师范大学 应用声学研究所 , 陕西 西安 710062 ;2 南华大学 数理学院 , 湖南 衡阳 421001) 摘 　要 :介绍了超声波马达的发展现状以及超声马达的工作原理及分类 ,并对超声马达的发展前景进行了展望. 关键词 :超声马达 ;超声马达原理 ;超声马达应用 ( ) 中图分类号:O426 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :1009 - 5128 2004 05 —0013 —04 收稿日期 :2004 —06 —10 ( ) 作者简介 :刘世清 1964 — ,男 ,湖南邵阳人 ,陕西师范大学博士研究生 ,南华大学副教授 ,主要从事超声工程方面的研 究工作. ( ) 超声马达 Ultrasonic Motor ,简称 USM 的概念在 1960 年就提出了 ,但直到 20 世纪 70 年代初才取得 了一些进展. 当时西德西门子公司申请了压电超声马达的专利1 ～2 . 自从USM 的研究在 20 世纪 80 年代 初获得突破性进展后 ,引起了世界各国众多公司和研究机构的重视. 近十年来 ,超声马达的研究得到了迅 速发展 ,成为近 20 年来机电控制领域的一个研究热点 , 并且也是当前应用声学领域里的热点课题之 一3 ～6 . 目前USM 的产业化和实用化正在蓬勃发展 ,在一定程度上已经开始取代某些小型电磁马达. 国外 在 90 年代开始进入超声马达的实用化、商品化开发阶段. 如日本已将超声行波环行马达用于照相机镜头 的自动聚焦系统;美国J PL 实验室研制的用于宇宙飞船船体检测的爬壁机器人驱动装置3 ;此外像目前传 真机、高级打印机等现代化办公设备中出现的平板振子输送纸机构 ; X - Y 绘图仪 ;直角坐标自动定位装 7 ～9 ( ) 置等. 展现了超声马达广阔的应用前景 . 我国在这方面的研究虽起步较晚 90 年代初 ,但也取得了一 些突破性成果 ,如清华大学已研制出直径 1mm 的弯曲旋转超声马达; 哈尔滨工业大学研制出的三维接 触驱动式超声马达、无轴承新型超声马达、双定子单转子式超声马达等. 目前, 日本在该领域的研究处于世 界领先地位 ,几乎拥有大部分有关超声马达的发明专利. 并且个别种类的超声马达已经实现产业化 ,在国 民经济中发挥着重要作用. 本文主要对超声马达工作原理及其应用作些介绍. 1 　超声马达的特点及分类 图 1 　超声马达结构 ( ) 超声马达是利用压电材料 PZT ———锆钛酸铅或高分子 PVDF ———聚偏二氯乙烯 驱动的一种新型电 机 ,工作频率一般为几十 kHz. 与传统电磁马达不同的是 ,它不是利用磁场将电能转换为机械能 ,而是通过 ( ) ( ) 超声换能器把电能转换为某种形式的机械振动 ,再利用定子 振动着的弹性体 与转子 或滑块 表面间的 摩擦力使转子转动或滑块移动 ,从而把电能转化为对外作功的机械能. 与电磁马达相比