超声波电机国内外研究现状

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20世纪40年代，由英国Salfod大学的Williams和Brown首先提出超声波电机的原理，但是受到当时技术的落后、材料的缺乏等条件的制约，最初的超声波电机模型没能得到实现。直到1961年，Buiovaw-atch公司[1]利用弹性力对弹性体进行激励，利用弹性体振动来带动钟表齿轮，由此揭开了超声波电机研究的序幕。这一阶段为超声波电机的萌芽阶段。67650

到1964年，前苏联科学家V V Lavirenko采用压电陶瓷片制作了第一台旋转超声波电机，并用等效电路法分析了压电陶瓷片的振动方式。在1972到1973年间，由西门子和松下公司首先研制出了具有实用前景的超声波电机，但是由于其压电材料不过关，所以产生的力矩较小，导致其使用效果不佳，影响了其推向市场。到了1973年，IBM公司的H．V Barth设计出了一种驻波型超声波电机，其转速高，力矩大，但是由于定转子之间间隙性高频接触，所以寿命较短，实用价值有限。1978年，前

苏联的Vasiliev[2]成功设计出了一种能够驱动较大负载的超声波电机，其采用两个用于夹持压电元件结构的超声换能器原理，降低了谐振频率，并且扩大了谐振振幅，但是由于在运转条件下，电机的磨损和发热严重，故也未获得实际应用。由于在这阶段提出了一些有应用前景的实验样机，故为超声波电机的原理性样机阶段。

80年代以后，超声波电机研究的中心由前苏联转移到了日本。1980年日本的指田年生[3，4]在Vasilievl均研究基础上，提出了楔形驻波型超声波电机，该电机使用兰杰文振子，输入功率90W，输出转矩为0．25N·m，工作频率为27．8kHz，电机效率为55％，这是首个性能满足了实际使用要求的电机，但也存在着振动片与转子摩擦磨损以及只能单方向旋转的问题。这一阶段为超声波电机实用性样机阶段。

为解决以上问题，1982年指田年生提出了行波型超声波电机，实现了由定点定期推动转子转变为多点连续推动转子，大大降低了定子与转子接触界面上的摩擦磨损，这为超声波电机走向实用化开辟了道路。指田年生于1987年创建了新生工业公司，从此将超声波电机推向商业化道路。同年日本佳能公司研制出了第一台相机自动变焦用的环状超声波电机，改变了传统的变焦驱动模式，提高了定位精度并加快了变焦响应速度，提高了变焦质量。此后，许多超声波电机新产品不断地被研发出来并走向市场[5]。超声波电机的成功产业化得益于压电材料技术的成熟和提高，进入80年代以后，压电材料得到了长足的发展，特别是高压电系数的压电材料(PZT系列)的发展。这一阶段为超声波电机的应用化及产业化生产阶段。

90年代以后，超声波电机的研究倾向于多元化，伴随着各种高性能的超声波电机不断出现，超声波电机的驱动控制及建模与分析等成为研究的主要内容[6]。目前，日本的超声波电机研究处于世界领先地位，掌握了世界上大多数的超声波电机的发明专利和技术，在日本有20所左右大学和研究所对超声波电机进行研究，研究制造超声波电机的公司更多，例如佳能、精工、新生、松下、NEC等。日本超声波电机的主要应用领域集中在轿车和相机的制造行业中：在汽车方面超声波电机的应用主要是在座椅头靠电机和车窗电机；在相机的应用方面，尼康，宾得、西格玛等品牌相机的变焦上都采用了超声波电机。另外在仪器仪表、核电、医疗设备和航空航天领域也有应用。

2国内发展概况

我国对于超声波电机的研究，虽然起步较晚，但发展十分迅速。在1986到1990

年间，四川压电声光技术研究所的王大春[7]等人陆续将日本在超声波电机方面的研究情况介绍到国内，揭开了国内超声波电机研究的序幕，从二十世纪九十年代初开始．相继有多家单位加入了超声波电机的研究行列，主要有清华大学、东南大学、浙江大学、上海交通大学、上海2l所、吉林工业大学、中科院、华中科技大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等单位，对各种典型超声波电机进行了基本原理、数学建模、仿真计算、驱动技术及样机制作等进行了研究，取得了一系列的研究成果。论文网