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超聲電機(jī)
閱讀�4452�(shí)間:2017-08-12 11:19:34

    超聲電機(jī)是振�(dòng)�(xué)、波�(dòng)�(xué)、摩擦學(xué)等學(xué)科結(jié)合的新型技�(shù)。超聲電�(jī)主要有結(jié)�(gòu)�(jiǎn)�、緊湊� 直接�(qū)�(dòng),無需齒輪�、動(dòng)�(tài)響應(yīng)好等特點(diǎn)�

原理

    超聲電機(jī)(Ultrasonic Motor 或簡(jiǎn)寫為USM)技�(shù)是振�(dòng)�(xué)、波�(dòng)�(xué)、摩擦學(xué)、動(dòng)�(tài)�(shè)�(jì)、電力電�、自�(dòng)控制、新材料和新工藝等學(xué)科結(jié)合的新技�(shù)。超聲電�(jī)不像傳統(tǒng)的電�(jī)那樣,利用電磁的交叉力來獲得其運(yùn)�(dòng)和力矩。超聲電�(jī)則是利用壓電陶瓷的逆壓電效�(yīng)和超聲振�(dòng)來獲得其�(yùn)�(dòng)和力矩的,將材料的微觀變形通過�(jī)械共振放大和摩擦耦合�(zhuǎn)換成�(zhuǎn)子的宏觀�(yùn)�(dòng)。在這種新型電機(jī)�,壓電陶瓷材料盤代替了許許多多的銅線��

�(fā)展歷史及�(xiàn)狀

    超聲電機(jī)的雛形最早由前蘇�(lián)�60年代初提出�1973�,美�(guó)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(jī)�80年代,日本許多科�(xué)工作者致力將美國(guó)和蘇�(lián)的原理性樣�(jī)開發(fā)成使用的超聲電機(jī),并�90年代初投入到商業(yè)�(yīng)�。至�,日�、美�(guó)、俄羅斯、德�(guó)�(jìng)相研制各種類型和用途的超聲電機(jī)�

與傳�(tǒng)電機(jī)的比�

    超聲電機(jī)與傳�(tǒng)電機(jī)相比,具有結(jié)�(gòu)�(jiǎn)�、小型輕�、響�(yīng)速度快,噪聲�、低速大�(zhuǎn)�、控制特�(diǎn)�、斷電自�、不受磁�(chǎng)干擾,運(yùn)�(dòng)�(zhǔn)確等�(yōu)�(diǎn),兩外還具有耐低�、真空等適應(yīng)太空�(huán)境的特點(diǎn)。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(dòng)、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(jī)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�(dòng)和摩擦耦合來轉(zhuǎn)換能量。從而實(shí)�(xiàn)了安�、污染小;定位精度高;不受電磁干擾等�(yōu)�(diǎn)??梢哉f超聲電機(jī)技�(shù)處于世界上高科技之一�

�(yīng)�

    超聲電機(jī)作為一種新型的微電�(jī),在轎車電器、辦公自�(dòng)化設(shè)�、精密儀器儀表、計(jì)算機(jī)、工�(yè)控制系統(tǒng)航空航天、智能機(jī)器人等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。根�(jù)超聲波電�(jī)的研究成�,目前國(guó)外已�(jīng)成功�(yīng)用于照相�(jī)的自�(dòng)焦距裝置、傳送裝�、自�(dòng)升降裝置、精密繪圖儀、微�(jī)械驅(qū)�(dòng)器等�(lǐng)域�

    �1)光�(xué)�(jī)�

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

    光學(xué)顯微�,自�(dòng)焦距,顯微定�,微納米�(jì)算尺,LCD等顯示平板的生產(chǎn)�(cè)試檢�,晶片檢查定�,消除振�(dòng)系統(tǒng),天文觀�(cè)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�(jī)�

    �2)汽�

    超聲波電�(jī)用于汽車車窗的驅(qū)�(dòng)裝置中,可使它體積扁�、低速時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩的�(yōu)�(diǎn)�(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(qiáng)磁場(chǎng),需要大力矩和控制性能良好的驅(qū)�(dòng)器,這對(duì)于USM來說是最適合��

    (3)航天中的�(yùn)�

    電機(jī)在低溫和真空條件下的�(yùn)行特性對(duì)航空航天的發(fā)展是極為重要�。超聲波電機(jī)具有的結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單、重量輕、不受磁�(chǎng)干擾、真空下無需�(rùn)滑油的優(yōu)�(diǎn),是電磁電機(jī)在航空航天領(lǐng)域所不具有的�1995年末,美�(guó)航空航天局噴氣推�(jìn)�(shí)�(yàn)室首次將直線超聲波電�(jī)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�(dá)10�1。利用其低速大力矩和高精度等特�(diǎn),NASA將其用于火星探測(cè)器的輕量�(jī)械臂�,采用超聲波電機(jī)取代有刷直流電機(jī)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�(jī)能直接驅(qū)�(dòng),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(jī)前后的尺寸縮小了4倍。利用其�(qū)�(dòng)方式靈活的特�(diǎn),日本宇宙研究所研制了兩種直線超聲波電機(jī)用于空間伸展�(jié)�(gòu)的伸展和收縮。利用超聲波電機(jī)的響�(yīng)快等特點(diǎn),美�(guó)和法�(guó)用于�(dǎo)彈的�(cè)控系�(tǒng);利用結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單可微型化的特點(diǎn),日本研制微型超聲波電機(jī)用于微衛(wèi)星等�(lǐng)�。此外,日本和美�(guó)等國(guó)家正在�(jìn)行超聲波電機(jī)的各種研�,用于航天等軍事�(lǐng)域。由此可�,超聲波電機(jī)以其高轉(zhuǎn)矩重量比、快速響�(yīng)、高精度和斷電自鎖等特點(diǎn)、將在航天航空等軍工�(lǐng)域中受到愈來愈大的重��

    (4)工業(yè)�(jī)床中的應(yīng)�

    由于超聲波電�(jī)�(jié)�(gòu)剛度大、定位精度高,它可用于工具驅(qū)�(dòng)與控制裝置以及工件的定點(diǎn)傳輸。如�(jī)床的精密�(jìn)給機(jī)�(gòu)、刀具的磨損�(diào)度裝�、微�(xì)電火花機(jī)的加工裝�、工件準(zhǔn)確定位與裝夾、縮緊裝置及夾具的快速調(diào)整�

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

    生物材料微型操作�、計(jì)量設(shè)�、微型噴嘴、沖擊發(fā)生器、腎�(jié)石破碎治療機(jī)、氣管超聲掃描器。許多科�(xué)儀�,醫(yī)療器械會(huì)�(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)或者對(duì)電磁�(chǎng)干擾具有�(yán)格的要求,而超聲波電機(jī)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)�(dòng)�

    (6)民用�(chǎn)品的�(yīng)�

    首先由于超聲電機(jī)的安�、體積小等優(yōu)�(diǎn),可用于壓縮�(jī)的使用上,在家電�(lǐng)域具有廣泛的用�;傳�(tǒng)的電�(jī)�(qū)�(dòng)由于在中間環(huán)節(jié),不可避免的存在累計(jì)誤差,而超聲波電機(jī)控制性能好,體積�,可用于精密控制,如電子手表;同�(shí)利用其控制精度高的特�(diǎn),可用于IC、LSI等數(shù)控機(jī)器,印刷線路板加�、檢�(cè),晶片遇見排�、焊�、封裝,半導(dǎo)體片等精密沖載。環(huán)狀壓電�(jī)可用于樓宇窗簾的自動(dòng)開閉�

�(yīng)用前�

    專家�(yù)言�21世紀(jì)將是超聲電機(jī)大放光芒的時(shí)�,超聲波電動(dòng)�(jī)可廣泛應(yīng)用于OA、FA、照相機(jī)、攝像機(jī)、工�(yè)�(jī)器人、汽�、家用電器等需要直接驅(qū)�(dòng)的機(jī)�(gòu)�,它將有可能部分取代微型電機(jī)。自1960年前蘇聯(lián)一位科�(xué)家提出超聲波電動(dòng)�(jī)的設(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�(jìn)行開�(fā)工作,并�(dá)到了商品化開�(fā)程度�

    可以�(yù)�(jì):在21世紀(jì),為了發(fā)展我�(guó)人造衛(wèi)�、導(dǎo)�、火�、飛�(jī)、機(jī)器人、微型機(jī)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�(jī)。超聲電�(jī)技�(shù)的發(fā)�,必將對(duì)我國(guó)�(guó)防和其他�(guó)民經(jīng)�(jì)各部門起著重大作用,例如:

    � 21世紀(jì),航空航天是我國(guó)重點(diǎn)�(fā)展的�(lǐng)域之一。從�(guó)外的�(yīng)用的情況�,它必將�(yīng)用超聲電�(jī)。如納米�(wèi)�、微型飛�(jī)、宇宙飛船和空間探測(cè)器等,應(yīng)用超聲電�(jī),可以減少其重量,增�(qiáng)其可控性;

    � �(jī)器人和微型機(jī)�,也是我�(guó)21世紀(jì)重點(diǎn)�(fā)展的�(lǐng)域之一。超聲電�(jī)可以使機(jī)器人和微型機(jī)械簡(jiǎn)化結(jié)�(gòu),減輕重量,增強(qiáng)其可控�。隨著超聲電�(jī)的微型化,微型機(jī)械可�(jìn)入人�,如作為人造心臟的�(qū)�(dòng)器,它將�(huì)大大推動(dòng)人造器官的�(chǎn)�(yè)化�(jìn)��

    � 21世紀(jì),我�(guó)將要大力�(fā)展磁浮列�。磁浮列車上的強(qiáng)磁場(chǎng)干擾,使得在磁浮列車上的傳統(tǒng)的電磁電�(jī)工作失效,超聲電�(jī)將大有可��

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

    � 隨著掌上�(jì)算機(jī),可視電話電視、手提式儀器等的發(fā)�,微型超聲電�(jī)將可得到廣泛�(yīng)�。超聲電�(jī)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(jī)的位置控制精度很�,可�(dá)微米�(jí)甚至納米�(jí)。超聲電�(jī)將會(huì)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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