直线超声电机的研究
摘要：本文主要讲了直线超声电机的运动机理、分类，叙述了国内外直线超声电机的发展及研究现状。总结了国内外直线超声电机的应用领域和前景。
关键词：直线超声电机；超声电机；直线电机
0 引言
超声电机是近20才发展起来的一种新型驱动装置。它采用了与传统电磁型电机截然不同的全新原理和结构形式，不需要磁铁和线圈，利用压电材料的逆压电效应，激发某种特定形式的超声振动来将电能转换成机械能，从而获得运动和力(矩)的输出。这种新型电机一般工作于20 kHz以上，故称为超声电机。超声电机具有电磁电机所不具备的许多优点，如低速大扭矩、不需齿轮箱即可直接驱动负载、扭矩体积比大、结构紧凑、响应快、有静态保持力矩等，能满足宇宙飞船、人造卫星、导弹、机器人、精密仪器、医疗器械等高新技术产业对电机所提出的短、小、薄、低噪声、无电磁干扰等特殊要求。直线超声电机是20世纪80年代初开发出来的一种新型电机，能直接产生直线运动和直接输出推力，具有控制性能好，可步进、伺服工作，容易同计算机接口相连，实现智能化和机电一体化，无需运动转换机构，可以直接驱动等优点，开发前景非常广阔。随着超声电机应用领域的拓宽，直线超声电机越来越受到人们的重视，已成为国内外
超声电机的研究热点。
1 直线超声电机研究现状
1．1直线超声电机的驱动原理及分类
直线超声电机主要由驱动振子和直线导轨(或滑块)两部分组成。其中，驱动振子一般由压电元件和弹性体构成，其驱动原理是利用压电元件激励出弹性体的超声频域共振，并使驱动面上的质点产生椭圆运动，借助摩擦力推动驱动振子，或固定驱动振子而推动滑块前进。电机弹性定子所驱动的移动体作直线运动，而非转子电机的旋转运动。
直线超声电机诞生至今，尚无统一的分类标准。根据把超声振动变换为沿一定方向驱动力的方法不同，可分为行波型和驻波型两类，根据定子(动子)的工作型式
不同，又可分为自行式和非自行式；根据电机的尺寸看，可从毫米级到厘米级。由于超声电机主要是利用超卢振动来工作的，因此以其振动的特定模式(如弯曲、扭转、纵振等)为核心来进行分类，比较能反映出超声电机的特点，目前开发出的超声电机主要类型如图1所示。
图1 直线型超声电机的分类
1．2国内外直线超声电机的研究现状
1.2.1国外现状
自80年代开始，国外一些从事超声电机技术研究的学者和科研机构就着手直线超声电机的研究。其中，日本在这方面的研究一直走在世界前列，它掌握了世界上大多数超声电机技术发明专利，已研制出多种型式的直线超声电机。美国、德国、法国、英国等都不甘落后，他们已经或正在投入大批的人力、物力开发超声电机，努力追赶日本。特别是美国，MIT、Pennysyvania州立大学著名的智能材料研究所也开始从事压电材料和超声电机的研究，还有NASA设在加州理工的JPL实验室等。在德国，有University of Paderborm，Darmstadt University of Technology等都在研究超声电机。在英国，University of Cambridge的工程系也在对超声电机进行研究和开发，EMS公司已开始小批量生产。在法国，有Besancon University等大学正在开发和研究超声电机。其他，如意大利、瑞士、新加坡、中国香港、中国台湾等地的大学也都相继研究和开发超声电机H1。
超声电机最早是在1973年提出来的。1982年日本学者指田年生最早提出了行波型直线超声电机，一种是直梁式，另一种是环梁式行波型。早期超声波直梁式直线电机如图2所示。
图2 直线行波超声电机结构图
1986年日本学者上羽贞行等做出的这种电机，采用Φ20mm兰杰文振子，无负载运行，最高速度为10m/s,最大推力为0.4N，效率为3％。研究发现行波方式不适于直线超声电机，因为圆形结构才是实现行波的天然条件。由于行波型直线超声电机在实用上的种种不利因素，从1988年起，直线超声电机研究开发的主流转向了驻波型。
1988年日本的富川义朗等人研制了单足式驻波型直线超声电机。实验表明，即使在很低的输入功率下/该电机也能很平稳的运动4实验测得：输入功率为0.5W 时，速度为20mm/s,推力为2N .1989年,他又提出了利用矩形板的第一阶纵向振动和第四阶弯曲振动模态的平板型直线超声电机,如图3,试验测得样机效率为
20.8% 。后来他又提出了利用第一阶纵振和第八阶弯振模态的平板型直线超声电机/试验测得样机无负载最大速度为70cm/s,最大推力为4N,该电机的最大特点是结构简单、扁平、速度快。
图3 单足式驻波型直线超声电机
1991年，文献提出了一种单π型驻波直线电机，其振子由弹簧施加预应力保持与滑板接触，通过摩擦使滑板作直线运动，结构如图4所示.这种π型直线超声电机，1993年被日本SUNSYU公司应用到其X-Y定位仪上。
图4 平板型直线超声电机
图5 单π型直线超声电机结构示意图
从1995年至今,日本、美国、法国、韩国相继推出了各种形式的超声电机。如2002年日本人Minoru Kuribayashi Kurosawa提出了一种低功率驱动、高效的声表面波直线电机,结构如图5所示。主要由压电材料的基片(定子)、基片上的叉指换能器(InterdigitalTransducers简称IDT)以及在基片上运动的滑块三部分组成。2004年,韩国的YongraeRoh等人研制出一种结构比较简的行波直线超声电机。该电机定子由一块金属板和连接在板上的两个压电陶瓷板组成。两块压电陶瓷用存在特定相位差的电压来激励产生不同的驻波,当两种驻波相互作用时就可以转换成行波,从而驱动动子运动,改变产生驻波的相位差就可以改变其运动方向。同年,Lee Dong-Kynu等人研制出了一种基于振动梁的复合直线超声电机。
图6 声表面波直线超声电机工作原理
最早的直线超声电机是行波型直线超声电机。1982年日本学者指田年生提出了两种行波型直线超声电机，一种是直梁式，另一种是环梁式，分别如图7(a)和2(b)所示。
图7 波型直线超声电机
直梁式由直线轨道与两端分别用于激振和吸振的兰杰文振子组成。利用轨道中产生单一行波来驱动移动体，其驱动机理与行波旋转型USM相同，通过交换激励振子和吸收振子的功能，可以方便地改变滑块移动方向，但是由于发射端的发射振子要激励整个传动棒，只有很小的部分是用来驱动移动块，所以其效率只有3％左右，单位力密度值极小。为了提高驱动效率，德国达姆施塔特科技大学应用力学系的Hagedorn、Seemann等人，于20世纪90年代初研制出封闭式结构的行波直线超声电机(图7(b))，并进行了进一步的理论与试验研究。与此同时，Mhermann、W．Schinkothe等于1998年制作了利用定子环面内弯曲模态工作，用粘贴在环形
梁下面直梁段处内侧的压电陶瓷激励出定子表面行波的环形行波直线超声电机。
1.2．2 国内研究现状
我国对超声电机的关注始于80年代中后期,首先是由《压电与声光》杂志从介绍国外超声电机开始的。1989年清华大学率先开展对超声电机的研究。1993年清华大学博士生董蜀湘首先在其博士论文中提出了一种压电电流变直线步进电机,并进行了理论分析和实验研究。该种直线电机属于非摩擦性超声直线电机。1994年清华大学研制出步进型直线超声电机。1996年南京航空航天大学研制成功了单梁式行波型直线超声电机,随后又研制了多种类型的直线超声电机,如1998年研制出大位移、大推力的驻波型直线超声电机。1997年哈尔滨工业大学研制出双边驱动的双足型驻波直线超声电机。
1998年天津大学根据压电材料的逆压电效应原理,利用两块碳纤维增强塑料(CFRP)的各向异性设计出了一种复合材料的直线超声电机。这种电机基于纤维单向排列时复合弹性材料的正交各向异性特点,利用压电振子激励复合弹性材料产生倾斜振动,通过导轨表面的反作用力推动电机移动。当激励电压为50V时,最大速度为8mm/s,最大推力为0.5N。同年华中理工大学研制出一种双π型压电超声波直线电机。这种直线电机克服了单π型电机的缺点,具有支撑简单、易于加工、运行稳定的特点。1999年南京科技大学研制出一种导轨式压电直线超声电机。2000年胡军辉等人研制出了非接触驻波型直线超声电机。当输入功率为2.5W 时,定子以1.4m/s的速度振动,滑块的速度为10cm/s,行程为17cm,驱动力为0.013mN,远小于定子和滑块之间的摩擦力0.5mN。
2001年上海大学研制出了一种仿生步行小型直线超声电机,该电机通过切换驱动频率便可实现直线双向运动,结构简单,体积小,适合于微型设备的驱动。同年10月,南京航空航天大学研制出一种新型二自由度直线型超声电机,该电利用弯曲振动模态的陶瓷片的不同安放位置激发两个在空间上互相垂直的弯曲振动模态,得到空间上两个椭圆曲线。当驱动振子靠重力与导轨接触时,使驱动振子获得两个自由度的直线运动,特别适用于需要二维直线驱动的场合,清华大学也在该年研制出一种变频双向直线超声波电机。
2002年江苏超声电机工程研究中心研制出了种基于矩形薄板的各向异性直
线超声电机,该电机是在其矩形压电陶瓷薄板上部粘贴一矩形突起物,运动推杆和突起物的顶部通过预紧压力紧密接触,突起物通过它和运动推杆之间的摩擦力来带动运动推杆作直线运动。
2003年辽宁工学院对一类环行封闭式行波直线超声电机的定子进行了模态分析,来确定最佳的定子几何参数。
2004年,中国科学技术大学对声表面波直线超声电机进行了研究[24],天津大学对各向异性复合材料直线超声电机进行了分析,陈卫山、张帆等人研制出一种新的变频驻波式直线超声电机。
此外，南京航空航天大学首次提出了一种新型二自由度的直线超声电机引，利用振子的一阶纵向振动模态和二阶弯曲振动模态工作；随后又研制了多种类型的直线超声电机，如圆柱体弯曲型行波超声电机、纵扭复合型超声电机、驻波型自校正超声电机、基于矩形压电陶瓷薄板面内振动的直线型超声电机等。图7为利用矩形薄板面-内振动的直线电机。矩形压电陶瓷薄板的上部粘贴一矩形突起物，利用矩形板的一阶纵振和二阶弯曲来形成椭圆运动，运动推杆和突起物的顶部通过预压力紧密接触，突起物通过它与运动推杆之间的摩擦力来带动运动推杆作直线运动。
图8 合定子型直线超声电机
清华大学研制了国内第一台由两个超声箝位器、一个驱动器、一根导轴组成的直线蠕动式超声电机，并成功应用于微细电火花加上装置的伺服进给控制系统；1994年，又在国内研制出了一种利用电流变效应来实现步进功能的新型压电步进直线型超声电机；随后又成功研制出应用于微动台的超声电机、直径为12．6
mm的纵扭复合型超声电机、双定子中空环形行波超声电机、纵弯型直线电机、直径为1 mm压电柱弯曲微型超声电机、定子直径为10 mm的摇头型弯曲超声电机等，定子直径10 mm的摇头型弯曲超声电机可替换佳能相机中的相应电机。其中，直径l mm的弯曲旋转电机样机是目前国际上直径最小的超声电机(见图9)。
图9 基于矩形薄板面内振动的直线超声电机
图10 华大学研制的肚界上直径最小的超声电机
2 超声电机关键技术
目前已开发的直线超声电机存在的普遍问题是推力小、效率低、控制性差和磨损严重。这些问题严重阻碍了直线超声电机的实际应用,综观国内外研究状况,目前应在以下方面加强研究。
(1)接触面间的摩擦问题
由于直线超声电机是通过接触面间的摩擦作用来传递动力,因此接触面间的摩擦特性将直接影响电机的性能及工作效率,解决好这一问题将会使直线超声电机的应用产生质的飞跃。目前用于分析超声电机摩擦特性驱动特性的方法有滚子一平板模型、有限元模型、等效电路模型及冲量分析模型,但这些模型都是做了许多假设和简化得到的,同实际情况还是有一定的差距。因此,建立直线超声电机
接触面间的更精确、更符合实际的模型是以后应该重点研究的方向之一。
(2)激励源或激振子的精确控制问题
国内外研究表明,激励源或者激振子输出的精度对直线超声电机的性能有很大的影响,因此对它们的控制也是一个非常重要的问题。目前许多直线超声电机的控制都是通过计算机仿真来进行研究的,这同实际控制有很大的差距,直线超声电机一般是采用驱动电压幅值,驱动频率和相位差作为控制量的,并且需要知道电机的精确模型。但理论分析和实践表明,对于直线超声电机来说,激励频率或驱动电压幅值和振动的相位差与电机运行速度并非线性关系,建立它们之间的控制模型较困难。目前控制模型有PI控制、模糊控制、模型参考自适应控制和神经网络等,但这些方法均存在控制精度低或控制算法复杂的缺点,因此研究控制精度高、算法简便易行的控制模型对提高直线超声电机的性能和实用价值会有很大的提高。
(3)激振子工作频率范围问题
直线超声电机是通过激振子来振动产生波的传动来带动定子沿特定方向运动的。当激振子振动过快或频率过高时,定子与动子之间就可能出现跳离现象,从而影响电机的运行特性。因此激振子必须工作在一定的频率范围之内,这样不仅限制了直线超声电机的使用范围,还限制了它的工作速度,因为高速度需要高的振动频率。因此如何增大激振子的振动频率来提高电机运行速度而不产生跳离现象也是以后研究的方向。
(4)电机效率低,推力小的问题
目前研制的直线超声电机存在的普遍问题就是效率低、产生的推力小,应用场所受到限制。就现有的直线超声电机来说,其效率一般在10-40%之间,
所产生的推力最大也只有500N,一般只有几十牛顿,甚至更小,因此如何提高直线超声电机的效率和所产生的推力是今后直线超声电机发展和工业应用所面临的一个关键问题。
(5)直线超声电机的理论研究与实验研究问题
由于直线超声电机是一种新的东西,许多理论还不是很成熟,,很多都是通过计算机仿真实验来进行验证的,没有具体的经构方案、机械机构及控制方案,因此做出具体的产品还需要进一步的研究和实验来不断完善。如声表面波电机除了响
应快、无电磁干扰、断电自保持等特点外,还具有与其它微驱动器相比高的行程和定位精度,具有良好的位置和速度控制性。但是声表面波直线电机还处于理论研究阶段,目前没有形成产品,很多地方不完善,如驱动电压高、电机效率低、高精度单步运动不稳定等,需要进一步研究。
3 直线超声电机的应用现状及前景
最近lO年，在日本，超声电机已进入实用化的商业应用阶段，环形行波型和棒形行波型电机已大批昔生产。最近，一种驻波型电机也投入批量生产。超声电机实用化的范围目前局限于短时工作、精度高的以及应用于某种特定功能的机器或领域中。目前已有多家知名的研究所和公司拥有自已的超声电机应用专利"J，如SEIKO公司的图像记录装置及其驱动系统，Canon电子公司的桌面驱动装置和微动装置及其信息存储、读出装置，奥林巴斯光学工业公司x-Y工作台装置，岛津制作所记录纸输送装置，东洋电机制造公司减速机构内置的超声电机，三菱电气公司机床的被加工物设置装置等。由于超声电机能减轻机器人重量，简化结构，提高响应速度，世界各国研究者正在把超声电机用于机器人。如：日本Seiko公司将两个微型超声电机应用于爬行机器人，日本山形大学研制的用超声电机驱动和光控的昆虫。机器人，日本丰田公司已在出口到美国的汽车反光镜、方向盘和座椅头靠等都应用了超声电机。日本有关专家预言，2l世纪将是超声电机广泛应用的时代，日本正在实现一个雄心勃勃的超声电机研究和应用计划。美国将超声电机应用于Gal—ileo航天器的照相机滤色镜的旋转系统，它比用传统电磁式电机的机构小了四倍¨9l；美国JPL和MIT联合研制的超卢电机应用于火星探测微着陆器(Micro lander for Mars Exploration)，其扭矩达2．8 N·in，使用温度达一100℃，比用传统电磁电机降低了30％的重量。特别值得注意的是：目前，计算机软盘(FD)、光盘(CD—ROM)和硬盘4(HD)的磁头直线运动是采用旋转电磁电机加上齿轮机实现的，在这样的传动系统中，如要使机构进一步小型化和提高运动精度是十分困难的；但如果改用直线型超声电机，就可以使传动系统变小、变薄，因为它不需要使用齿轮机构。因此，最近几年，国外从事超声电机的研究者们，正在努力把直线型超卢电机应用到计算机上。
我国超声电机研究是从20世纪90年代开始的，其中清华大学、哈尔滨工业大学、吉林工业大学、浙江大学、南京航空航天大学先后开展了超声电机的研究，
取得了不少的研究成果，但到目前为止超声电机尚未进入商业应用阶段。
近20年来，超声电机已得到迅速发展，新的驱动机理层出不穷，应用领域不断拓宽，直线超声电机将是一个极具应用前景的产品。
(1)航空航天。从国外的应用情况看，航空航天领域必将应用超声电机。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轻其重量，增强其可控性。
(2)机器人和微型机械。超声电机可以使机器人和微型机械结构简化，减轻重量，增强其可控性，随着超声电机的微型化，微型机械可进入人体，如作为人造心脏的驱动器，它将大大推动人造器官的产业化进程。
(3)磁浮列车。磁浮列车．卜的强磁场干扰，使得在磁浮列车上的传统电磁电机工作失效，超声电机将大有可为。
(4)汽车工业。豪华轿车上的电机可达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；另外，由于超声电机不产牛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。
(5)电子产品。随着掌卜计算机，可视电话、手提式仪器等的发展，微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，减少能量损耗。
同时，由于超声电机的位置控制精度很高，可达微米级甚至纳米级。超声电机将会在一些智能化仪器仪表、计算机辅助制造系统、医疗设备及半导体制造技术中得到广泛应用。
4 结论
直线超声电机是一种新型的高科技产品,许多理论和应用还在进一步的研究之中,但是由于其具有许多传统电机所无法比拟的特点,相信将来在自动化、高精密定位和微细加工中一定会得到快速的发展和应用。
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电机设计开题报告 篇一：异步电动机设计开题报告 开题报告 75kw三相鼠笼异步电动机设计 一、本课题研究意义，国内外研究现状和发展趋势 随着社会的不断发展，如今在各行各业对工业技术要求的不断提高，电机无论是交通运输、航空航天、医疗卫生、农业生产商务与办公设备，还是日常生活中的家用电器都大量地使用各式各样的电机，现有90%以上的动力来源于电动机，电动机已与人们的日常生活密不可分。 20世纪40年代以前，我国电机制造工业极端落后。中华人民共和国成立后，电机工业才获得了迅速发展，产品的品种、数量不断增加，技术水平逐步提高。如今，随着我国科技的日益发展，人们对自动化的需求越来越高，使电动机的复杂控制成为主流，而三相鼠笼式异步电动机其应用领域更是极为广泛。近年来还先后出现和发展了带晶闸管变频装置的低速同步电机，户外电动机，低噪声电动机以及与中小型电机类似的大型电机等多种产品，其中三相鼠笼式异步电动机应用更为突出。 随着国家宏观经济的调整以及市场需求的推动，二十世纪中小型电机的品种将得到更大的发展，尤其是对于发展高效率电机、高品位的出口电机和机电一体化的交流变频电机
将会给予特别的重视，电机的技术发展动向是向小型化、薄型化、轻量化、智能化、高效化、节能化、环保化，电机采用新型磁性、导电、绝缘材料。 二、主要研究内容 三相鼠笼异步电动机的电磁设计，根据参数选取的不同，用手算方法改变铁芯槽形、匝数、气隙的大小以及铁芯的长度，采用三种不同方案的设计。进行方案比较后，选出最优方案，绘制定子电势星形图及定子绕组展开图。首先应根据产品通用标准、技术条件设计原始数据，然后进行电磁设计和结构设计。电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做(原文来自：https://www.doczj.com/doc/7f19213712.html, 小草范文网:电机设计开题报告)必要的调整，直到达到要求，提出电磁设计单。 其主要内容包括以下四个步骤，分别是： 1. 额定数据及主要尺寸的计算； 2. 磁路计算； 3. 绕组的连接、电流在绕组中的流向； 4. 起动计算。 5. 额定负载时的损耗及效率计算 三、研究思路和方案 为了提高电机性能，在电机效率、功率因数、启动转矩、
直线电机装配工艺的研究与应用
摘要：为了提高企业制造技术，加快新技术的开发，促进企业技术进步，随着高速切削、超精密加工等先进制造技术的发展，要求要有很高的驱动推力、快速进给速度和极高的快速定位精度。机床进给系统形成了直线电机直接驱动为主的发展方向。本文阐述了直线电机的工作原理及其功能，并以CKS6125数控车床所采用的直线电机为例，阐述直线电机的装配工艺的关键技术，且对直线电机的主要装配工序进行分析与研究。此次直线电机试装的成功，为我厂机床更新换代，经济的发展起到了积极的推动作用。 1．引言 近年来，就如何提高企业制造技术，加快新技术的开发，以被越来越多企业所重视。随着高速切削、超精密加工等先进制造技术的发展，对机床各项性能指标提出了越来越高要求。同时也对机床进给系统的伺服性能提出了更高的要求：要有很高的驱动推力、快速进给速度和极高的快速定位精度。高速度、高加速度和高精度是现代伺服的要求及发展趋势。直线电动机高速进给单元的应用使进给传动链及其结构发生深刻的变化，机床进给系统形成了直线电机直接驱动为主的发展方向。直线电机的机械结构虽然简单，但制造工艺要求却非常严格，为加快我国高速加工技术的发展与应用，加速我厂数控机床的更新换代，组织力量对直线电机装配工艺过程进行攻关是必要的。 2．直线电机简介 直线电机是将直线位移机构的传动元件和执行元件相结合。按能量转换定理，进给机构的直线电机可分为同步电动机和异步电动机。直线电机结构紧凑、功率损耗小、快移速度高、加速度高、运动噪声低等优点，直线电机
驱动方式与旋转电机驱动方式的最大区别是，取消了从电动机到工作台之间的一切机械中间传动环节，实现了“零传动”，避免了丝杠传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚性不足等缺点，使机床的性能大大提高。这项新技术国际上只有几家较大的机床公司把它应用到机床行业，而我国直线电机的设计制造技术刚刚起步，尚末形成批量生产规模，直线电机各项性能指标和国外尚有较大差距。 我厂在数控车床上应用直线电机在国内是第一家，所以说直线电机在CKS6125数控车床X轴上的应用，是我们对这项新技术的尝试，这项新技术研制的成功，为以后的机床开发和应用打下了基础。由于该项技术为我厂首次试制，直线电机的装配应处在探索中。 CKS6125数控车床X轴直线电机采用的是西门子1FN3永磁同步直线电机，是将初级部构芯（线圈）安装在滑板上，次级部构芯（磁铁）安装在床鞍上而成的一个完整内装式电机。其结构如图1： 图1 1FN3永磁同步直线电机主要有初级部分、次级部分、初级部构芯型材、精密冷却部分组成，其结构如图2：
超声电机 请注意：所有项目介绍内容必须进行非密化处理。 一、项目简介（包括项目背景、现状与前景） （项目背景） 超声电机（Ultrasonic Motor，或简写为USM）是利用压电材料的逆压电效应，使弹性体（定子），在超声频段产生微米级的机械振动，通过定子和转子（或动子）之间的摩擦作用，将定子的微米级振动转换成转子（或动子）的宏观的单方向转动（或直线运动）。它打破了由电磁效应获得转速和转矩的传统电机的概念。它与传统的电磁电机相比，有一些独特的性能。因此，超声电机技术在20世纪末期得到迅速的发展，并在航空航天、机器人、汽车、精密定位仪、微型机械等领域里得到成功的应用，成为当今国内外微特电机领域研究的热点之一。 (项目现状，包括成熟程度) 南京航空航天大学超声电机研究中心暨江苏省超声电机工程研究中心在国家自然科学基金、学校学科建设的支持下，全面开展了超声电机技术研究。在超声电机的运动机理、机电耦合动力学模型、结构参数优化设计、驱动与控制等方面提出了系统的理论和方法，取得了突破性进展，获得国际同行的赞许。广泛开展了超声电机试验技术、制造技术和工程化研究。先后研发出16种具有自主知识产权的新型超声电机和驱动器，其中TRUM圆板式和BTRUM圆杆式二个系列旋转行波型超声电机技术成熟，正进行产业化开发，并向国内外推广应用。 （项目前景） 21世纪将是超声电机大放光芒的时代，为了发展我国人造卫星、导弹、火箭、飞机、机器人、微型机械、汽车、磁浮列车以及其他精密仪器，我国也将需要大量的高性能超声电机。随着超声电机的进一步微型化，微型机械则可进入人体更多的部位，如作为人造心脏的驱动器，推动人造器官的发展。未来的汽车需要的电机可多达80个，汽车门锁、玻璃升降、前视镜和雨刮器等，均可由超声电机来驱动。掌上计算机、可视电话电视、手提式仪器都可用超声电机，这样可以大大减小其体积和面积。 二、项目合作基础（包括①已承担各类基础、应用项目；②已获专利、奖项及论文发表情况；③研究团队介绍） 南京航空航天大学超声电机研究中心于1997年由赵淳生院士创建。它是国内第
直线电机基础 编辑本段直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达 在实际工业应用中的稳定增长,证明直线电机可以放心的使用。下面简单介绍直线电机类型和他们与旋转电机的不同. 最常用的直线电机类型是平板式和U 型槽式,和管式。线圈的典型组成是三相,有霍尔元件实现无刷换相.图示直线电机用HALL换相的相序和相电流. 该图直线电机明确显示动子(forcer, rotor)的内部绕组.磁鉄和磁轨.动子是用环氧材料把线圈压成的。而且,磁轨是把磁铁固定在钢上。 直线电机在过去的10年,经实践上引人注目的增长和工业应用的显著受益才真正成熟。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子（forcer, rotor) 是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的.而且,磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度）和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙（air gap）。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。 直线电机的控制和旋转电机一样。象无刷旋转电机，动子和定子无机械连接（无刷），不象旋转电机的方面，动子旋转和定子位置保持固定，直线电机系统可以是磁轨动或推力线圈动（大部分定位系统应用是磁轨固定，推力线圈动）。用推力线圈运动的电机，推力线圈的重量和负载比很小。然而，需要高柔性线缆及其管理系统。用磁轨运动的电机，不仅要承受负载，还要承受磁轨质量，但无需线缆管理系统。 相似的机电原理用在直线和旋转电机上。相同的电磁力在旋转电机上产生力矩在直线电机产生直线推力作用。因此，直线电机使用和旋转电机相同的控制和可编程配置。直线电机的形状可以是平板式和U 型槽式,和管式.哪种构造最适合要看实际应用的规格要求和工作环境。 编辑本段圆柱形动磁体直线电机 圆柱形动磁体直线电机动子是圆柱形结构。沿固定着磁场的圆柱体运动。这种电机是最初发现的商业应用但是不能使用于要求节省空间的平板式和U 型槽式直线电机的场合。圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以增加行程。典型的线圈绕组是三相组成
超声波检测技术及应用 刘赣 （青岛滨海学院，山东省青岛市经济开发区266000） 摘要：无损检测(nondestructive test)简称NDT。无损检测就是不破坏和不损伤受检物体，对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。本文主要讲的是超声波检测（UT）的工作原理以及在现在工业中的应用和发展。 关键词：超声波检测；纵波；工业应用；无损检测 1.超声波检测介绍 1.1超声波的发展史 声学作为物理学的一个分支, 是研究声波的发生、传播、接收和效应的一门科学。在1940 年以前只有单晶压电材料, 使得超声波未能得到广泛应用。20 世纪70 年代, 人们又研制出了PLZT 透明压电陶瓷, 压电材料的发展大大地促进了超声波领域的发展。声波的全部频率为10- 4Hz～1014Hz, 通常把频率为2×104Hz～2×109Hz 的声波称为超声波。超声波作为声波的一部分, 遵循声波传播的基本定律, 1.2超声波的性质 1）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击（基于“空化现象”）。从而引出了“功率超声应用技术“例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。2）超声波具有良好的指向性 3）超声波只能在弹性介质中传播，不能再真空中传播。一般检测中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。 4）超声波可以在异质界面透射、反射、折射和波型转化。 5）超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性。 6）利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。 1.2超声波的产生与接收 超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来说实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中压电晶体片的两面电极上时，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。弱压电晶体片与焊件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。反之，当压电晶体片收到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两面产生不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形势经探伤仪显示，这就是超声波的接收。 1.3超声波无损检测的原理 超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种
超声电机的发展与展望周铁英陈宇 (清华大学物理系, 北京100084) 1 引言和回顾超声电机是利用压电材料的逆压电效应制成的新型驱动器。它由定子、转子以及施加预压力的机构等部件构成。把超声频交变电压加在压电陶瓷上可以在定子表面产生超声振动，通过定子与转子之间的摩擦力驱动转子运动[1-2]。超声电机是多学科交叉的学科，它集超声学、振动学、材料学、摩擦学、电子学和控制科学为一体，需要众多领域合作研究。与电磁电机相比，超声电机的主要特点包括：1、大力矩低转速，不需减速机构；2、能量密度大，可达电磁电机的3－10倍；3、响应速度快，仅ms量级；4、定位精度高；5、无电磁干扰；6、因靠摩擦驱动，具有自锁功能。国际上第一个超声电机的发明专利是1942年美国人Williams 和Brown 申请的，该专利1948年授权[3]。1982年日本成功地开发出行波型超声波电动机, 仅在5至7年之后，佳能、新生等几家日本公司就把超声波电动机推向市场，其中相机和打印机最为成熟。近期FUKOKU、ASUMO、精工仪器、佳能精机、京瓷、奥林巴斯光学工业、MITSUBA，SIGMAPHOTO（适马镜头）等单位都引入了超声电机的研发。图1是1998年日本超声电机投放市场的分布图[4]，其中照相机和工业机械的市场占有率为88.2%，医疗器械 5.9%，汽车电器3.6%。 1.50.73.65.9照相机工业机器22.6医疗器械汽车住宅设备65.6其他图1 1998年日本超声电机投放市场的分布图如图1所示，日本用于照相机调焦的主要超声电机是佳能使用的行波型和摇头型，有数百个专利，基本形成市场的垄断。现在, 除了日本之外, 美国、德国、法国、瑞士、韩国、土耳其、新加坡等都有超声电机产品进入市场。美国的一
直线超声电机的研究 摘要：本文主要讲了直线超声电机的运动机理、分类，叙述了国内外直线超声电机的发展及研究现状。总结了国内外直线超声电机的应用领域和前景。 关键词：直线超声电机；超声电机；直线电机 0 引言 超声电机是近20才发展起来的一种新型驱动装置。它采用了与传统电磁型电机截然不同的全新原理和结构形式，不需要磁铁和线圈，利用压电材料的逆压电效应，激发某种特定形式的超声振动来将电能转换成机械能，从而获得运动和力(矩)的输出。这种新型电机一般工作于20 kHz以上，故称为超声电机。超声电机具有电磁电机所不具备的许多优点，如低速大扭矩、不需齿轮箱即可直接驱动负载、扭矩体积比大、结构紧凑、响应快、有静态保持力矩等，能满足宇宙飞船、人造卫星、导弹、机器人、精密仪器、医疗器械等高新技术产业对电机所提出的短、小、薄、低噪声、无电磁干扰等特殊要求。直线超声电机是20世纪80年代初开发出来的一种新型电机，能直接产生直线运动和直接输出推力，具有控制性能好，可步进、伺服工作，容易同计算机接口相连，实现智能化和机电一体化，无需运动转换机构，可以直接驱动等优点，开发前景非常广阔。随着超声电机应用领域的拓宽，直线超声电机越来越受到人们的重视，已成为国内外 超声电机的研究热点。 1 直线超声电机研究现状 1．1直线超声电机的驱动原理及分类 直线超声电机主要由驱动振子和直线导轨(或滑块)两部分组成。其中，驱动振子一般由压电元件和弹性体构成，其驱动原理是利用压电元件激励出弹性体的超声频域共振，并使驱动面上的质点产生椭圆运动，借助摩擦力推动驱动振子，或固定驱动振子而推动滑块前进。电机弹性定子所驱动的移动体作直线运动，而非转子电机的旋转运动。 直线超声电机诞生至今，尚无统一的分类标准。根据把超声振动变换为沿一定方向驱动力的方法不同，可分为行波型和驻波型两类，根据定子(动子)的工作型式
本科毕业设计开题报告 题目：电动机智能保护装置的设计 专题： 院（系）： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 教师职称：
本科毕业设计开题报告 题目电动机智能保护装置的设计来源工程实际 1、研究目的和意义 电动机作为现代工业动力源，异步电动机价格低廉、结构简单、机械性能较好，在各行业中获得了广范的应用。在传统的电动机保护装置大多由电磁元件装置和模拟电子式保护器完成，但其功能单一、精度差、稳定性不高，动作时间慢的特点无法满足人们对电动机保护可靠性越来越高的要求，其保护长期困扰着继电保护专业人员和运行人员，抓好电动机保护的研究与推广工作，对国民经济有着重要的意义，对其进行可靠有效的保护尤为重要。因此电动机保护的自控、集中监控和智能化自处理是电动机保护主要研究方向。 2、国内外发展情况(文献综述) 我国电动机保护装置大概经过了以下的几个发展几个阶断。 一、热继电器、熔断器、电磁式继电器：建国初期，我国引进苏联JR系列继电器。但热继电器等存在致命缺陷，包括整定粗糙、受环境影响大、误差大、重复性差、功能单一等。无法满足高要求，因此也就无法避免被淘汰的命运。 二、模拟电子式电动机保护装置：在上世界八十年代，由于半导体元件普及，涌出一批性能可靠、功能多样的电子式电机保护器。但这类产品仍存在一些无法避免的缺点，整定精度不高、采样精度不高、无法实现具有多功能为一体的全面保护。随着科技的发展，人们对电机保护要求也越来越高，希望电动机保护器结构简单，体积小，接线简单，这些都是模拟电子保护装置无法实现的。 三、数字式电机保护器：这类电机保护器主要以单片机作为电机保护器，可实现智能化综合保护，在采样和整定上有质的飞越，可对信号进行软件非线性校正，极大地降低了被测信号畸变的影响，真正实现了高度采样。电动机保护器正朝着智能化、综合化、高精度、高可靠性发展。 3、研究/设计的目标： 本设计的目标是以单片机为核心的电机保护系统，能够精准、快速、有效的检测出电动机故障，实现电动机及时有效的保护，对电动机的过压、过流、短路等故障进行实时检测，确保电动机安全运行。 4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）： 电动机保护装置是分析三相异步电动机在运行中可能发生的常见故障，以单片机为中心控制部件，如短路、过流、低电压、过负荷、单相接地等。该系统具有自检、自诊断、故障参数记忆等功能。 系统分硬件部分和软件部分 一、硬件部分： 硬件部分主要由电压互感器、电流互感器、A/D转换器、单片机,报警，LED显示。系统先由
超声电机的发展与展望 周铁英陈宇 (清华大学物理系, 北京 100084) 1 引言和回顾 超声电机是利用压电材料的逆压电效应制成的新型驱动器。它由定子、转子以及施加预 压力的机构等部件构成。把超声频交变电压加在压电陶瓷上可以在定子表面产生超声振动， 通过定子与转子之间的摩擦力驱动转子运动[1-2]。超声电机是多学科交叉的学科，它集超声学、振动学、材料学、摩擦学、电子学和控制科学为一体，需要众多领域合作研究。与电磁 电机相比，超声电机的主要特点包括：1、大力矩低转速，不需减速机构；2、能量密度大， 可达电磁电机的3－10倍；3、响应速度快，仅ms量级；4、定位精度高；5、无电磁干扰；6、因靠摩擦驱动，具有自锁功能。 国际上第一个超声电机的发明专利是1942 年美国人Williams 和Brown 申请的，该专 利1948年授权[3]。1982年日本成功地开发出行波型超声波电动机, 仅在5至7年之后，佳 能、新生等几家日本公司就把超声波电动机推向市场，其中相机和打印机最为成熟。近期FUKOKU、ASUMO、精工仪器、佳能精机、京瓷、奥林巴斯光学工业、MITSUBA，SIGMAPHOTO（适马镜头）等单位都引入了超声电机的研发。图1是1998年日本超声电机 投放市场的分布图[4]，其中照相机和工业机械的市场占有率为88.2%，医疗器械 5.9%，汽 车电器3.6%。 1.5 0.7 3.6 5.9 照相机 工业机器 22.6 医疗器械 汽车 住宅设备 65.6 其他 图1 1998年日本超声电机投放市场的分布图 如图1所示，日本用于照相机调焦的主要超声电机是佳能使用的行波型和摇头型，有数 百个专利，基本形成市场的垄断。现在, 除了日本之外, 美国、德国、法国、瑞士、韩国、 土耳其、新加坡等都有超声电机产品进入市场。美国的一些著名大学, 如Stanford、Wisconsin、Berkeley、Penn. State等都投入很多力量研究超声电机。美国国防部门也投入很多人力物力 从事超声电机的研究。美国某些公司生产的超声电机产品已经在航空航天、半导体工业、MEMS、和BioMEMS等领域先后得到应用。 中国的产业化进程相对缓慢。我国超声波电动机的研究是从80 年代末、90 年代初开 始的，大致经历了跟踪学习、自主开发、实际应用推广3个发展时期。1985年到1991年间，国内学者开始撰写文章介绍超声波电动机[5，6]，1989 年清华大学和上海大学分别研究开 发出了压电蠕动型超声波致动器，哈尔滨船舶工程学院研制了环形超声电机[7,8]，1993年
超声技术在医疗方面的应用 超声技术在医疗方面的独特疗效已得到医学界的普遍认可，并越来越被临床重视和采用。国内外医学专家利用超声技术在治疗肢体软组织损伤、肢体慢性疼痛康复、肢体运动康复方面积取得了非常好的疗效，并把超声治疗拓展到中医科、骨科、外科、内科、儿科、肿瘤科、男科、妇产科等，在临床得以广泛应用，取得了满意的治疗效果。 机械 超声振动可引起组织细胞内物质运动，由于超声的细微按摩，使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞按摩的作用，也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有的特性，可以改变细胞膜的通透性，刺激细胞半透膜的弥散过程，促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态，改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。 温热 人体组织对超声能量有比较大的吸收能力，因此当超声波在人体组织中传播过程中，其能量不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织的自身温度升高。即内生热。超声温热效应可增加血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增强酶活力。一般情况下，超声波的热作用以骨和结缔组织为显著，脂肪与血液为最少。 理化 超声的机械效应和温热效应均可促发若干物理化学变化。 a.弥散作用：超声波可以提高生物膜的通透性，对钾，钙离子的通透性发生较强的改变。从而增强生物膜弥散过程，促进物质交换，改善组织营养。 b.触变作用：超声作用下，可使凝胶转化为溶胶状态。对肌肉，肌腱的软化作用，以及对一些与组织缺水有关的病理改变。如类风湿性关节炎病变和关节、肌腱、韧带的退行性病变的治疗。 c.空化作用：空化形成，或保持稳定的单向振动，或继发膨胀以致崩溃，细胞功能改变，细胞内钙水平增高。成纤维细胞受激活，蛋白合成增加，血管通透性增加，血管形成加速，胶原张力增加。 d.聚合作用与解聚作用：水分子聚合是将多个相同或相似的分子合成一个较大的分子过程。大分子解聚，是将大分子的化学物变成小分子的过程。可使关节内增加水解酶和原酶活性增加。 e.消炎，修复细胞和分子：超声作用下，可使组织PH值向碱性方面发展。缓解炎症所伴有的局部酸中毒。超声可影响血流量，产生致炎症作用，抑制并起到抗炎作用。使白细胞移动，促进血管生成。从而达到对受损细胞组织进行清理、激活、修复的过程。 临床应用编辑 软组织损伤及慢性疼痛 广泛用于软组织损伤及慢性疼痛的治疗。超声波的穿透力强，可轻易深入到体内10-15cm。提高治疗部位细胞膜的通透性、改善血液循环、促使细胞修复过程的发生和发展；同时，人体神经和体液系统对超声能的作用具有较强的敏感性，其形成的神经反射和体液反应，具有综合调节人体的机制，特别是对陈旧性损伤有特效，超声在传播时，超声能量的方向集中，具有独特的高能量特性。主要适应症：急、慢性软组织损伤、软组织慢性疼痛、颈椎病、腰椎间盘突出症、慢性腰肌劳损、风湿类关节炎、类风湿性关节炎、慢性血肿、慢性膝盖筋腱疼痛等 肢体康复
2009年第1期 唐丽婵,等:基于LabVIEW 的无线远程温度监控系统 25 文章编号:1674-540X(2009)01-025-07 收稿日期:2009-01-15 作者简介:王振滨(1973-),男,博士研究生,主要从事分数阶线性系统和电气传动方面的研究工作,E mail:wangzhenbing@https://www.doczj.com/doc/7f19213712.html, 直线电机开发及应用研究 王振滨1, 余鹿延2, 周守国3 (1.上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070; 2.上海赛科现代交通设备有限公司,上海200023; 3.上海捷晟电机有限公司,上海200075) 摘 要:介绍了直线电机国内外的发展现状,指出永磁同步直线电机将是直线电机今后的发展方向。阐述了永磁同步直线电机的磁阻力产生的原因及其造成的推力波动对永磁同步直线电机控制性能的影响,并归纳出减小磁阻力的方法。最后简要介绍了上海电气中央研究院在开展永磁同步直线电机研究及应用的情况。 关键词:永磁同步直线电机;磁阻力;控制;开发与应用中图分类号:T M 33 文献标识码:A The Development and Application Research of Linear Motors W A N G Zhenbin 1 ,YU L uyan 2 ,ZH O U S houguo 3 (1.Shang hai Elect ric Group Co.Lt d.Cent ral A cademe,Shang hai 200070,China;2.Shanghai SEC M odern Traffic Equipment Co.Ltd.,Shanghai 200023,China; 3.Shanghai Jie Sheng M ot or Co.,Ltd.,Shanghai 200075,China) Abstract:It intro duces the up to date researches o f linear mo to rs hom e and abro ad,and points out permanent magnet linear synchronous m otors (PMLSM )w ill be the development dir ectio n of linear motor s in the future.T he r easo ns orig inated fr om detent for ce of PM LSMs are illustrated as w ell as the influences of the thrust force r ipple caused by it on the control per for mances of PM LSMs,and the methods o f reducing detent force is summed up.Finally,a brief introduction is g iven of the researches and applications of PM LSM s made by Shanghai Electr ic Gr oup Co.Ltd.Centr al A cademe. Key words:PM LSM;detent force;contr ol;development and applicatio n 1 直线电机国内外研究现状 1.1 快速发展的永磁直线电机技术 永磁直线电动机具有结构简单、体积小、无电 励,效率高、单位推力大等优点,随着稀土永磁材料、电磁场数值计算与分析、智能控制理论以及计算机技术的不断发展,永磁直线电动机的发展越来越快,己成为学术研究和开发应用的热点。永磁直
毕业设计/论文 开题报告 课题名称基于PROTEUS的直流电机调速系 统仿真设计 类别毕业设计 系别机电与自动化学院 专业班电气工程及其自动化0706班 姓名加珣 评分 指导教师吴雯 华中科技大学武昌分校
华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告学生姓名加珣学号20071131259专业班级电气0706 系别机电与自动化 学院 指导教师吴雯职称工程师 课题名称基于PROTEUS的直流电机调速系统仿真设计 1课题设计的目的和意义 1.1课题设计的目的 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 直流电机虽不需要其它的设备来帮助调速，但自身的结构复杂，制造成本高；在大功率可控晶闸管大批量使用之前，直流电动机用于大多的调速场合。直流调速系统具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，至今都是自动调制系统的主要形式。电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制。 采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大改观；采用微处理器控制，使调速系统在结构上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。简单的微处理器控制电机，只需利用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。 1.2课题设计的意义 直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。随着单片机的发展，数字化直流PWM调速系统在工业上得到了广泛的应用，控制方法也日益成熟。 它对单片机的要求是：具有足够快的速度；有PWM口，用于自动产生PWM波；有捕捉功能，用于测频；有A/D转换器、用来对电动机的输出转速、输出电压和电流的模拟量进行模/数转换；有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM，以减小控制系统的无力尺寸；有看门狗、电源管理功能等。因此该实验中选用单片机AT89C51。通过设计基于AT89C51单片机的直流PWM调速系统并调试得出结论，在掌握
河北科技师范学院欧美学院科研技能训练---综述 学生：寇鹏 学号： 9310080215 专业：电气工程及其自动化 欧美学院机电科学与工程系 2011年7月
超声波电机介绍及其应用 寇鹏 （河北科技师范学院电气工程及其自动化专业） 摘要：超声波电机与传统的电磁式电机不同，它是利用压电陶瓷的逆压电效应，将超声振动作为动力源的一种新型电机，它由振动部分和移动部分所组成，造振动部分和移动部分之间的摩擦力来驱动。近二十年来，由于大功率压电陶瓷材料研究的突破，在全世界掀起了超声波电机研究的高潮，相继开发出多种型式的超声波电机。关键词：超声波电机/特点/分类/应用/振动源的产生 一、超声波电机的工作原理 超声电机技术是振动学、波动学、摩擦学、动态设计、电力电子、自动控制、新材料和新工艺等学科结合的新技术。超声电机不像传统的电机那样，利用电磁的交叉力来获得其运动和力矩。超声电机则是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的，将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。 二、超声波电机的产生 20 世纪90 年代日本佳能公司研制出一种压电电动机，这种电动机的工作原理是利用逆压电效应把电能转换成机械能。常见的压电电机也是由定子和转子组成，但定子是由压电材料和金属材料组合制成，转子是由金属材料制成；压电材料把电能转换成机械振动能，激励定子金属体振动；转子与定子相接触，通过摩擦力，定子的振动驱动转子运动。由于定子的振动频率一般在大于20kHz 的超声频段，因此人们也将压电电机称为超声电机。 三、超声波电机的特点 （1）超声电机可以得到较低转速，因此输出力矩较大，可以省去减速机构直接带动负载。 （2）因为超声电机不使用电磁场作为驱动力，因此电磁辐射小。许多情况下，不希望有电机产生强电磁干扰，或者在强磁场环境中，电磁电机的正常工作会受到影响，而超声电机不需要做太多的电磁屏蔽处理就可以在这些条件下工作。 （3）超声电机依靠定、转子之间的接触摩擦作为驱动方式，关闭电源后转子就会马上停止，并在摩擦力的作用下固定不动 （4）超声电机的响应时间较短，一般在十几毫秒以内。 （5）超声电机没有电磁线圈，可以不用铜材，节省原料造价。 （6）超声电机的转速可以通过改变驱动频率进行调节，比较灵活。 （7）超声电机在很小尺寸上都可以有效工作。 四、超声电机的分类 （1）环形行波超声波电机。 在弹性体内产生单向的行波，利用行波表面质点的振动来传递能量，属连续驱动方式，其基础理论和应用技术均较成熟。 （2）小型柱体摇摆型超声波电机 目前行波型超声波电机已有较成熟的设计方法，但该型电机在小直径（小于20mm）条件下，输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点，而且由于其结构的限制，效率也很难提高。而柱体摇摆型超声波电机采用兰杰文振子结构，机械效率高。进一步设计可实现多个不同模态之间的耦合、叠加，从而形成三自
超声波技术及其应用报告超声波技术在医疗上的应用 硕士研究生： 学号： 学科： 报告日期：
超声波技术及其应用报告 摘要 频率高于可听声频范围（20KHZ以上）的机械波，称为超声波（ultrasonic)，简称超声。它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。本文主要介绍超声波技术在医疗上的应用。主要由超声波在医疗检测上的应用和超声波在治疗上的应用两部分组成。主要内容包括B超，彩超，超声全息影像技术，超声波手术刀，超声波碎石技术。文章论述了这些超声波技术的基本原理，相比于传统技术的优缺点，存在的局限和发展前景，以及超声波技术要突破的一些技术瓶颈和将来的发展方向。由于篇幅及理论基础有限，本文避免了难以理解的公式推导和证明，只是定性地，原理性地介绍了超声波在医疗上应用的这些技术。 关键词：超声检测；手术刀；超声全息影像技术；超声碎石；超声理疗 - -I
超声波技术及其应用报告 - - II 目录 摘 要 ....................................................................................................................... I 1.1 技术应用的领域 (3) 1.2 技术应用特点及原理 (3) 1.3 国内外情况分析 (6) 1.3.1 国外情况 (7) 1.3.2 国内情况 (7) 1.4 系统组成 (7) 结论 (10) 参考文献 (11)
直线电机简介 直线电机是将直线位移机构的传动元件和执行元件相结合。按能量转换定理，进给机构的直线电机可分为同步电动机和异步电动机。直线电机结构紧凑、功率损耗小、快移速度高、加速度高、运动噪声低等优点，直线电机驱动方式与旋转电机驱动方式的最大区别是，取消了从电动机到工作台之间的一切机械中间传动环节，实现了“零传动”，避免了丝杠传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚性不足等缺点，使机床的性能大大提高。这项新技术国际上只有几家较大的机床公司把它应用到机床行业，而我国直线电机的设计制造技术刚刚起步，尚末形成批量生产规模，直线电机各项性能指标和国外尚有较大差距。 图1 永磁同步直线电机主要有初级部分、次级部分、初级部构芯型材、精密冷却部分组成，其结构如图2：
图2 图3： 图3 1．直线电机装配工艺的关键技术及工艺方案 1.1 直线电机装配工艺的关键技术 根据直线电机的结构特点，直线电机零件加工和装配的主要关键： a) 初、次级部构芯安全装配。 b) 安装直线电机所需工装选择。 c) 安装直线电机螺钉紧固扭矩选择。 端子盒 可选件：精确冷却器 (对环境温度影响< 4 K) 次级部分 初级部分 可选件：连续防护件 (保护次级部分) 动力冷却器 可选件：尾端件 (固定机盖，水流入流出) 可选件：冷却部分 (对环境温度影响< 4 K)
d)直线电机初、次级部芯装配。 e)直线电机装配后检查与运车。 1.2直线电机装配工艺方案确定 直线电机机械结构较为简单，但其装配工艺却非常严格。由于直线电机次级构芯的永磁体有一个强大的静态磁场和相当高铁铁磁极力，这对于人的健康和安全有直接的影响，因此装配过程中既要考虑如何保证直线电机的装配精度，也要重视人身安全。按照上述要求制定直线电机装配工序流程为： 装配前准备→将床鞍安装在床身、安装床鞍导轨→预装滑板调整机床精度→将次级部构芯冷却安装在床鞍上并试漏→安装次级部构芯→安装次级部构芯磁性盖板→将初级部构芯冷却器安装在滑板上→安装初级部构芯→安装滑板→检验直线电机安装情况（手动）→连接各冷却和液压管路→完善各部 1.3直线电机装配过程的分析 由于直线电机装配后，拆装非常困难，因此必须做好装配前准备工作。装配前应按目录清点零件,收集所需工装，清洗零件，按图纸对零件进行检测。按照直线电机装配工艺流程进行装配。 一、如何实现直线电机安全装配 由于直线电机次级构芯的永磁体有一个强大的静态磁场和相当高铁磁极力，因此装配过程中要求做到： a.磁性材料距次级部构芯距离必须保证＞100mm。 b.手表、磁性材料（磁卡、软盘等）要远离。 c.安装、维修、维护设备时要带工作手套。 d.带心脏起搏器的人员不得在此设备上工作。
? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. https://www.doczj.com/doc/7f19213712.html, 书评 《超声电机技术与应用》 赵淳生 (南京航空航天大学超声电机研究中心,江苏南京210016) 超声电机是在20世纪80年代迅速发展起来的、基于压电效应和超声振动的一种新型微电机。它突破了传统的电磁效应电机原理,具有力矩/质量比大,结构紧凑,低速大扭矩,响应快,电磁兼容性和控制性能好等突出优点;并已在机器人、精密仪器仪表、医疗器械、航空航天及新型武器装备等领域得到广泛的应用。超声电机理论、方法、制作、应用都取得极大进展,研究和应用成果丰富,但系统的论述和表达尚不多见。 《超声电机技术与应用》一书较系统地讨论了超声电机的进展和成果,特别是总结了作者及其科研团队从事超声电机技术研究10多年来的成果,许多成果都来自于亲自的实验。本书具有以下几个特点: (1)从超声电机所涉及的基本振动理论和波动理论出发,在超声电机的运动机理、机电耦合动力学模型、结构参数优化设计、驱动与控制技术等方面提出了系统的理论和设计方法。 (2)将振动理论中的一些现代分析方法和技术引入到超声电机机电耦合系统建模和优化设计中,如动态子结构法、结构动力修改技术以及模态识别和分离技术等。 (3)揭示了超声电机研制中的许多关键技术,提出了相应解决的办法。如提出了一种有效的自动频率跟踪技术,解决了超声电机转速随温度升高而下降的难题;提出了应用于行波超声电机的“反共振点+恒流驱动”的论点,提高了超声电机的综合性能;提出了一种用于行波超声电机的压电陶瓷元件极化分区新方案,既简化了极化工艺,又提高了超声电机的效率等。 (4)该书特别重视实验研究及结果分析,这正体现了作者及其科研团队重视实验的传统。该团队自行研制或与有关单位合作研制、建立了一系列超声电机试验设备试验装置,提出了一整套关于超声电机零部件和整机的试验方法,并对各种新型超声电机进行了大量的试验研究,这在该书中多有体现。 (5)该书还特别注重理论联系实际。不仅提出了系统的理论和方法,而且在工程应用方面所做的大量研究工作也有表述,如以超声电机为执行器的定位和恒速的多变量(速度、频率和相位)控制技术的研究,包括把超声电机应用于二元机翼颤振抑制、核磁共振注射器、视觉目标的自动跟踪及机器人等。许多来自应用的研究和成果甚至可直接移植借鉴,尤其是试验数据和图表值得借鉴。 本书共566页,于2007年9月北京科学出版社出版。本书共分16章,第1章绪论,简要地叙述了超声电机技术的发展、特点和分类,以及国内外的应用概况。第2、3章提供了超声电机在设计和试验中所必须的振动理论。第4章扼要介绍了机械摩擦和摩擦材料。第5章对压电效应及压电材料作了扼要阐述,强调压电材料的特性对超声电机的影响,并提供了一些选取和制备超声电机所需要的压电材料的知识。第6～12章分别叙述了圆板式行波型、杆式行波型、纵扭复合型、直线型、步进型、非接触型、离合器耦合型、表面波型等超声电机运动机理、动力学模型、结构优化设计方法及其试验研究。第13、14章论述超声电机驱动与控制技术。第15章详细地介绍超声电机所必须进行的各种试验,包括试验原理、试验方法、试验装置以及对试验结果的分析。第16章在介绍目前国内外超声电机应用情况的基础上,展望了未来的应用前景。 本书是我国目前较全面和系统地论述超声电机技术及其应用的不可多得的著作。本书除有丰富的学术内容外,著者在写作方面严肃认真。愿意向从事超声电机或作动器,特别是精密工程或精密驱动等的科研、设计工程技术人员及高等院校相关专业的硕士、博士研究生推荐。
1.高性能无铁芯直线电机线圈 电阻小于10Ω，电感小于10mH，电气时间常数小于2ms，工作电压大于直流300V，峰值电流小于30A，连续电流小于10A，峰值推力大于700N，连续推力大于150N，线圈重量小于3kg。 2.高性能无铁芯直线电机磁轨 磁轨高度小于100mm，厚度小于55mm，有效行程大于200mm。 3.五轴超精密运动控制器 运行RT Linux实时操作系统，64位系统架构，支持标准C语言，支持32个独立坐标系，伺服更新频率大于20kHz，配有双千兆网口、光电隔离IO卡、模拟量和数字量反馈接口、手轮通道，5轴模拟量控制通道，220V独立电源供电。 4.线性放大器 要求真正的AB类放大器，零交越失真，支持串口通讯、正余弦电机换相，输出电压大于+\-50V，接收+/- 10V控制指令，峰值电流大于15A，连续电流大于5A，长度小于40cm，宽度小于25cm，高度小于15cm，重量小于10kg。 5.电器控制柜 防护等级：IP56，证书：CE、ROHS、IP56，材质：优质冷轧钢板，安装板为镀锌板，门板厚度2.0mm，安装板厚度2.5mm，柜体厚度为1.5mm，表面处理：酸洗磷化，外部粉末涂层，颜色：RAL7035/RAL7032织纹或平光，标准配置：前门、后门、背板、顶板、底板、安装板1块、密封条、门锁（平板锁）、铰链。包含电气控制柜设计、装配、电缆制作及布线、控制器与放大器调试。 6.四轴超精密运动控制器 运行RT Linux实时操作系统，64位系统架构，支持标准C语言，支持32个独立坐标系，伺服更新频率大于20kHz，配有双千兆网口、光电隔离IO卡、模拟量和数字量反馈接口、手轮通道，4轴模拟量控制通道，220V独立电源供电。 7.角度编码器 不锈钢材质，分辨率大于8000 Lines/Rev，系统精度优于+/- 5 arc sec，最大允许转速大于3000 rpm。磁性材质，分辨率大于20000 cts/Rev，最大允许转速大于10000rpm。 8.光栅尺及读数头 膨胀系数0.6 μm/m/°C，信号周期20um，精度+/- 1um，1Vpp模拟量信号输出，有效量程大于200mm。 9.五轴控制手轮 五轴控制通道，三档分辨率可调，RS422信号输出，含急停按钮。 10.密闭放松插头 不锈钢外壳，M23规格，螺纹连接，IP67防护等级，内部屏蔽位于外壳上，同轴360度连接，皇冠型电缆尾夹。 11.主轴无框力矩电机 力矩常数0.41 Nm/Arms，反电动势24.77 Vrms/krpm，电感2.145mH，电阻0.757Ω，堵转力矩3.52Nm，