超声波电机在它的研究发展以及专利申请的过程中,曾有过许许多多不同种类的命名 ,德国和苏联称其为振动电机(Vibration Motor),德国还称其为压电电机( Piezoelectric Motor),日本将他叫做表面波电机(Surface Motor),而在美国则叫做超声波电机(Ultrasonic Motor),到了中国便叫做超声波压电驱动器(Ultrasonic piezoelectric Acuator)。由于英语是世界通用语言,所以“超声波电机”这一称谓更加流行,简称“USM”[22]。
1.1.2 超声波电机的国内外研究现状
1.2 超声波电机的特点及应用
1.2.1 超声波电机的特点与不足
USM的主要优点有以下几个方面:
(1)低速、大转矩;
因为超声波电机是通过摩擦力来进行驱动的,如果电机转速太高,那么定子和转子之间由于摩擦将会产生难以估计的热量,并且造成的磨损也无法让人接受,因而超声波电机的转速比较低,同时伴随着较大的力矩输出。
(2)体积小、重量轻,结构简单,易于生产;
超声波电机结构十分简单,无外乎于定子、转子、压电陶瓷等部件。而且有些部件在使用过程中是都可以直接当做电机的内部结构,从而大大减轻电机的重量。通过对金属的加工得到的定子与转子,外加烧结成型的压电陶瓷,这两个都是能够大规模生产的零件。并且在电机内部根本没有线圈绕组,从而大大的简化了生产工艺,甚至于有些电机的元件之间连黏结都不需要,可以直接组装,更加轻松的生产过程。
(3)结构形式灵活多变,设计多样化;
超声波电机拥有各种各样的结构形式,不仅仅局限于直线或者旋转式,各种多自由度的超声波电机也屡见不鲜。不仅如此,即使是同一种超声波电机,尽管他们的驱动原理相同,也可以被设计出各式各样的安装形式。
(4)直接驱动;
由于以上3大优点的支撑,在运用超声波电机时,并不需要在系统中额外的增加减速系统,不仅如此,有些动作部件还可以直接被当做转子来使用,这样在提高系统稳定性的同时,还大大降低了成本。
(5)无输入自锁;
即时超声波电机不处于工作状态时,定子和转子之间也存在着较大的摩擦力。所以纵使没有施加激励电压,电机依然存在一个静态的输出力矩。
(6)控制性能优良,反应速度快;
由于无输入自锁功能,超声波电机的位置控制可以由此简化。并且超声波电机的启动、关断特性都十分的快,关断用时非常短,从而可以有效的控制速度和力矩。
(7)运行的时候没有噪声干扰;
超声波电机的工作频率为20-100kHz,远远地超过了人类耳朵能听到的声音的频率。并且由于超声波电机的系统结构简单,很少需要别的设备辅助运行,从而也大大减少了噪声产生的源头。
(8)无电磁干扰;
因为超声波电机是依靠摩擦力来驱动的,不需要使用磁极和线圈绕组,所以,超声波电机在工作的时候不会产生电磁场,也同样不会受到外界的电磁场的干扰[22]。
而USM的不足大致有以下几点:
(1)运行效率较低;
摩擦损耗是没有办法避免的,而超声波电机又是依靠摩擦力驱动,所以产生的能量损耗相对比较大,加上结构的振动和压电陶瓷在使用时都会产生一定的损耗,因而在运行效率方面,超声波电机略逊色于传统的电磁电机。
(2)寿命较短;
摩擦损耗会缩短电机寿命,摩擦产生的热量又使得磨损更加剧烈,温度的升高又加快了各材料的老化速度以及压电陶瓷的退极化,所以超声波电机的使用寿命可能会比传统电机短。
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