超声波电机的研究1课件

1、超声波电机的研究与设计 秦波，王一，吴茂昌申请理由秦波, 获三等奖学金两次，参加过基础学院组织的CAD建模培训，参加学院组织的新思路科技创新比赛之旋转小车并获一等奖，步行机器人培训及丛德宏老师指导的机器人竞赛选修课，参加了机械创新大赛。王一，二等奖学金三次，沈阳机床奖学金一次。参加过基础学院CAD建模培训及比赛，计算机竞赛（三等奖），新思路科技创新比赛之旋转小车并获一等奖，也参加过机器人培训及丛德宏老师指导的机器人竞赛选修课。精通AutoCAD，擅长编程，了解Solidworks，Matlab及anysis有限元分析。吴茂昌, 获得校一等奖学金一次，二等奖学金两次，沈阳机床奖学金一次。参加过C

2、AD建模培训及比赛,参加申报了机械创新大赛。超声波电机的研究与设计超声波电机的发展1超声波电机的概念及原理2超声波电机的优越性及项目创新点3超声波电机的应用及前景展望4项目实施方案、预期目标及经费预算55超声波电机的发展背景英国 1969年Salfod大学两名教授杂志表明，USM的功能是传统电机不能及的。 美国 1973年, IBM公司的Barth提出了具有现代超声电机原理的结构方案 日本 1973年提出了一种USM的模型，70年代后期日本新生工业公司研制了研究了驻波型、行波型、弯曲波型3种USM.(只停留在试验阶段) 20世纪60年代超声电机的提出阶段 60年代末70年代末超声电机的初级发展

3、阶段苏联1964年，在基辅学院有学者提出超声电机的理论模型，自此超声电机的研究工作宣告开始。超声电机的发展热潮阶段 日本1980年，日本的T.Sashida设计制造了第一台能满足实用要求的USM电机 1982年，日本新生工业公司的指田年生研制成功行波和驻波两种USM.(USM真正的走上实用化道路)。1985年，日本Kumada研制了第一台单相驱动的纵扭复合型超声电机。1986年， Takeshi Hatsuzawa经过对环行波型USM的研究得到USM的速度和电压、驱动电压频率等的关系 立陶宛1981年,立陶宛Vasiliev成功地构造了一种能够驱动较大负载的超声电机。背景转子定子电能振动能转子

4、动能原理逆压电效应摩擦耦合超声电机的优越性与传统电机比较低速大转矩，无需减速机构机构简单、重量轻，易生产不产生也不会受到电磁干扰直接驱动靠摩擦驱动，能断电自锁位置和速度控制性好耐低温和耐真空结构形式灵活优良的控制性能运行无噪声超声电机的应用需求及前景展望21世纪,国防工业是我国重点发展的领域之一。从国外的应用情况看,它一定要应用超声电机。如纳米卫星、微型飞机、宇宙飞船和空间探测器等,应用超声电机,可以减少飞行器的重量,增强其可控性;机器人和微型机械,也是我国21世纪重点发展的领域。超声电机可以使机器人和微型机器简化结构,减轻重量,增强其可控性。随着超声电机的微型化,它可进入人体,如作为人造心脏

5、的驱动器。它将会大大推动人造器官的产业化进程;21世纪,我国将要大力发展磁浮列车。磁浮列车上的强磁场干扰,使得在磁浮列车上的传统的电磁电机工作失效,超声电机大有可为:未来豪华轿车上的电机之多可达80个,使汽车体积增加,电磁干扰增强。应用超声电机,由于不需齿轮箱,从而大大降低其体积;由于超声电机不产生磁场而使汽车的电磁兼容性得到大大改善。汽车上的中央门锁、门窗玻璃的升降,前视镜和雨刮器等,均可用超声电机来代替传统的电磁电机;随着掌上计算机、可视电话电视、手提式仪器等的快速发展,微型(直线型和旋转型)超声电机将可得到广泛应用。超声电机将使这些微型仪器降低重量和体积,减少其能量损耗;由于超声电机的位

6、置控制精度很高,可达微米级甚至纳米级,超声电机将会在一些精密仪器、医疗设备以及半导体制造技术中得到广泛应用。需求及前景展望医疗器械特种环境电子设备 宇航国防交通运输预期成果 通过对项目的研究，设计出的超声波电机的原理样机，实现电机的旋转运动。 项目预算序号支出项目金额（元）依据或理由1材料费80002加工制造成本80003电子元器件20004控制装备40005资料检索、复印费500包括组员上网查资料、打印等6各种仪器租借费用20007其它500合 计2.5万项目预算低速大转矩高速，小扭矩时达到最高效率扭矩，效率扭矩效率速度（a）直流电机（b）超声电机低速，大扭矩时达到最高效率 速度，效率速度效

7、率扭矩不产生也不会受到电磁干扰 我国将要大力发展的磁悬浮列车。磁悬浮列车的强电磁干扰必将会使传统的电磁电机工作失灵,超生电机必然可以在磁悬浮列车上大量应用。耐低温和耐真空 由于超声电机不受太空电磁辐射的影响，能够在温差变化剧烈的环境下保持良好的机械特性，同时还具有质量小的特点，非常适用于星际探索。最近几年，美国的航天器、火星探测器、核弹头等都陆续应用了超声电机。 在早期的颤动主动抑制研究中，驱动控制面转动的作动器多用液压伺服系统。随着新技术与新材料的不断涌现，各种新型的作动器也应运而生。超声电机所具有的低速大转矩、断电自锁、响应快和扭矩/质量比大等优点，使它成为控制面的作动器的最佳选择。(左图

8、为USM应用于颤动实验)优良的控制性能电机运动部件（转子）惯性小，响应快（毫秒级）控制性能良好。2502001501005000.010.0200.030.040.05位移/mm电磁作动器压电作动器响应时间/s电磁作动器与压电作动器启动特性的比较电子产业照相机复印机手表照相机汽车机器人电子产业航空航天航空航天纳米卫星机器太空手宇宙飞船空间机器人火星探测器应用于照相机 利用超声马达的结构简单及响应速度快等特点,日本一些公司已大量采用圆环式行波超声波马达驱动镜头。这种马达为环状旋转马达,它的质量轻、结构简单、低速高转矩、响应快且控制性能良好。一般用电磁电机调焦,响应时间为100ms,而超声波马达只需几个微秒,焦点重合时间也缩短到普通相机的一半以上。压电效应与逆压电效应 有些固体材料，如石英、钛酸钡等当晶体受冲击、挤压或拉伸时就沿着一定方向发生机械变形，即使没有外电场，也会产生极化现象（材料电介质两边出现异号的束缚电荷而形成电压） 当在压电材料的晶体上加上电场时晶体会发生机械变形(伸长或缩短),根据此原理,如果让外加电场随外加电流的变化而变化,压电晶体会随着电流的变化而产生形状上的变化,也就是按电流的变化规律振动起来.在超声电机中我们一般采用给压电材料施加高频(2