超声波电机ppt课件.ppt
超声波电动机简介,超声波电动机简介,超声波电机是一种全新概念的微特电机，它利用压电材料的逆压电效应，使振动体在超声频段内产生振动，通过定子与动子间的摩擦输出能量。由于超声波电机具有传统磁式电机无法比拟的优点，因而发展迅速，应用日益广泛。,超声波电动机简介,按照驱动转子运动的机理可分为驻波型和行波型两种。驻波型是利用与压电材料相连的弹性体内激发的驻波来推动转子运动，属间断驱动方式；行波型则是在弹性体内产生单向的行波，利用行波表面质点的振动轨迹来传递能量，属连续驱动方式。,超声波电动机简介,工作原理,超声波电动机简介,由于超声波电机的驱动机理不同于传统的电磁式电机，因而具有磁式电机所不具有的一些特点，主要有：,超声波电动机简介,1.超声波电机弹性振动体的振动速度和依靠摩擦传递能量的方式决定了它是一种低速电机，同时其能量密度是电磁电机的5到10倍左右，使得它不需要减速机构就能低速时获得大转矩，可直接带动执行机构。由于电机系统省去的减速机构，这不仅减小了体积、重量，而且提高了系统的控制精度和响应速度。,超声波电动机简介,2.电磁式电机在外界强磁场的影响下不能正常工作，它所产生的磁场也会影响周围某些对磁敏感设备的正常运行。超声波电机的构成不需要线圈与磁铁，本身不产生电磁波，所以外部磁场对其影响较小。,超声波电动机简介,3.超声波电机断电时，定子与转子之间的静摩擦力使电机具有较大的静态保持力矩，从而实现自锁，省去了制动闸，简化了定位控制，其动态响应时间也较短。,超声波电动机简介,4.超声波电机依靠定子的超声振动来驱动转子运动，超声振动的振幅一般在微米数量级，在直接反馈系统中，位置分辨率高，容易实现较高的定位控制精度。,超声波电动机简介,5.超声波电机的振动体的机械振动是人耳听不到的超声振动，而且它不需要减速机构，因此也不存在减速机构的噪声，运行非常安静。,超声波电动机简介,6.超声波电机独特的驱动机理适应了多种多样结构形式设计的需要，比如同一种驱动原理的超声波电机，为了应用于不同的安装环境，其外形可以根据需要改变。,超声波电动机简介,超声波电动机的应用,超声波电动机的简介,超声波电机具有很多独特的优点，如结构简单、体积小、响应速度快、低速大转矩、定位精度高、无电磁干扰等，因而它的应用范围很广，下面主要介绍了超声波电机在实际生活中的一些应用。,超声波电动机的简介,日本佳能公司从1982年起开始研究将超声波电机应用到照相机的镜头调焦中，至1987年，成功地将超声波电机应用到EOS系列照相机的镜头中，下图所示为使用了环形超声波电机的相机。与采用电磁型电机的镜头相比，使用超声波电机的镜头有静音、定位精度高、调焦时间短、无齿轮减速机构等特点，性能较为优良。,超声波电动机的简介,日本精工公司每年生产二十万台用于手表振动报时的超声波电机，如图所示。,超声波电动机的简介,由于超声波电机可以做得很薄而且转矩很大，所以很适合用在汽车专用电器中，如可用在汽车车窗的驱动装置中，用在雨刮器、车灯转向和汽车座椅调整等的驱动装置中。右图所示为丰田公司应用于轿车方向盘操纵系统的超声波电机。,超声波电动机的简介,超声波电机在精密定位装置和随动系统中也有广泛应用。如坐标平台的驱动源是在超声波电机在精密定位装置中的应用，如图所示。由于超声波电机相应快，当位置传感器检测到目标位置信号瞬间，切断电源，电机立即停止，定位精度准确，只需用开环控制即可实现较高精度的定位。,超声波电动机的简介,超声波电机应用于微位移驱动装置，即微位移超声波电机，此电机适用于微小位移运动，能以纳米级位移驱动。可用于电子显微镜或者扫描隧道显微镜，以及用来做光栅衍射刻线、干涉光谱仪扫描、天体星座图象分析和检测、高精度位移检测及分子测量设备中，如下图所示。,超声波电动机的简介,由于超声波电机运行噪声很低，因此适合于办公场所、医院、宾馆、剧院、图书馆等对噪声低有特别要求的场合，如某些地方将超声波电机作为窗子上的窗帘机的驱动元件。超声波电机在核磁共振装置中的应用。由于电机对外界磁场不敏感，在有磁场干扰时仍能正常工作，非常适合作为核磁共振装置中某些设备的驱动源。如西门子旭医疗器械公司把三个超声波电机用在核磁共振装置的线圈调整装置上，用来微调附属于线圈上的调整用电容器容量。,超声波电动机的简介,超声波电动机的发展趋势,超声波电动机的简介,控制困难:由于压电材料的特殊性、摩擦发热和环境变化等问题，驱动转子的摩擦力将产生严重的非线性变化。这种变化使控制电机匀速转动的难度大大增加。此外，由于压电材料的特殊性，使得每一台超声波电动机所需要的驱动电源都不相同，这样，电机和电源必须一一配套，不利于大规模生产。寿命较短:超声波电机的寿命大约2000小时，与传统电机相比，长时间工作的耐久性不尽人意。运行效率较低:由于超声波电机的理论和计算方法及其结构设计方法还不成熟，电机运行效 率较低，只有10%40%，而传统的电磁电机可达80%以上。,超声波电机存在的问题,超声波电动机的简介,第一，新型摩擦材料和压电材料的研制，以提高超声波电机对环境的适应性。由于超声波电机是依靠摩擦耦合来输出能量，接触面的磨损和疲劳是不可避免的，这极大的制约了超声波电机的推广应用。目前，超声波电机主要应用在不需要连续工作的场合，比如照相机的聚焦系统，其累计寿命只需要十多个小时；汽车门窗开关和座椅头靠调整装置，累计工作时间需要伍百小时。但在许多应用场合中，这样的工作寿命满足不了实际的需要，因此研究新型摩擦材料和压电材料显得尤为重要。为此，世界各国都在研制性能更优越的摩擦材料，以提高超声波电机的使用寿命。,超声波电动机的简介,第二，微型化和集成化。超声波电机不同于传统的磁式电机，它没有线圈，结构简单，易于加工。其转矩-体积比大，在结构尺寸缩小时基本能保持效率不变，能量密度较其它微特电机高，非常适合作为微型机电系统中的动力源，因而微型化和集成化是超声波电机的重要发展方向。,超声波电动机的简介,第三，超声波电机与生物医学工程相结合，现代生物医学工程的发展使超声波电机在这一领域的应用前景光明。由于生物医学工程中要对细胞进行加工、传递、分离和融合，以及对细胞内物质的转移、重组、拉伸、固定等操作，而尺寸只有几个微米的细胞，关键技术是接近细胞时的精细微调，要求分辨率为几十纳米。要完成以上操作，需要有很高定位精度和精细操作能力的驱动装置。,谢谢观看！,
