超声波电机.

超声波电机等效电路介绍超声波电机是一种利用超声波技术驱动电机运动的装置，它能够实现高效、精准的动力传输。

超声波电机利用超声波振动产生电磁感应，从而驱动电机运动。

为了更好地了解超声波电机的工作原理和性能，需要进行等效电路建模。

等效电路模型超声波电机可以用等效电路模型来描述，这有助于我们更好地理解其工作原理和性能。

超声波电机的等效电路模型一般包括以下几个部分：1. 激励电源激励电源为超声波电机提供动力驱动。

它可以是直流电源、交流电源或其他形式的能量输入。

2. 超声波振荡器超声波振荡器是超声波电机的核心部件，它通过产生超声波振动，实现与电机之间的能量转换。

超声波振荡器可以采用压电材料或磁致伸缩材料。

3. 电磁感应装置超声波电机通过电磁感应装置将超声波振动转换为电磁力，从而驱动电机运动。

电磁感应装置一般由线圈和磁铁组成。

4. 电机电机是超声波电机的输出部件，它将电磁力转换为机械运动。

电机可以是直流电机、交流电机或其他类型的电机。

超声波电机的等效电路模型基于以上几个部分，可以建立超声波电机的等效电路模型。

其主要包括以下几个元件：1. 电源模型超声波电机所采用的电源可以用电源模型来描述。

对于直流电源，可以将其视为恒定电压源；对于交流电源，可以视为交流电压源。

电源模型可以用符号表示，如下所示：------|+|------V | ||-|其中，V表示电源的电压。

2. 振荡器模型超声波电机的振荡器可以用振荡器模型来描述。

振荡器模型包括一个表示振荡频率的元件，并与电源模型相连。

振荡器模型可以用符号表示，如下所示：--------|+|-----------------|+|--------| | | ||-| f |-|| |--------- ----------其中，f表示振荡频率。

3. 电磁感应装置模型超声波电机的电磁感应装置可以用电感和电阻模型来描述。

电感模型表示电磁感应装置的电感特性，电阻模型表示电磁感应装置的电阻特性。

五种新型电机简介姓名：赵涛学号：20121102491、超声波电机简介：原理：超声波电机就是利用超声波频率范围内的机械振动来获得动力源的装置，借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力。

超声波电机获得能量的超声波振动源又与压电陶瓷有着密切联系，当对压电陶瓷施加交变电压时，压电陶瓷本身或压电陶瓷和金属的混合体就会产生周期性地伸缩，即逆压电效应，通过这种伸缩，电机产生了动力。

人耳所能听到的的声音频率约为20Hz-20KHZ，而当频率超过20KHz以上，人耳便无法辨识，成为超声波。

对超声波电机的压电材料输入电压所产生的是晶体的形变，因此利用压电材料来带动转子，其前进的距离相当小，约是微米等级，因此若要此电机做长距离运动，就必须输入超声波的高频电压，使定子产生极高的振动频率才能得到合适的转速，这也正是超声波电机的由来。

特点: 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。

2、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。

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。

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。

应用:1、超声波电机可用于照相机的自动聚焦系统的驱动器；航空航天领域的自动驾驶仪伺服驱动器；机器人或微型器械自动控制系统的驱动器；高级轿车门窗和座椅靠头调节的驱动装置；窗帘或百叶窗自动启闭装置；2、医学领域的人造心脏驱动器、人工关节驱动器；强磁场环境下设备的驱动装置，如磁悬浮列车的控制系统；不希望驱动装置产生磁场的场合，如磁通门的自动测试转台等。

2、 无刷直流电动机 ：原理：无刷永磁电动机伺服系统主要由4个部分组成：永磁同步电动机MS 、转子位置检测器BQ 、逆变器和控制器。

电机学超声波电机2012年11月20日简介超声波电机（Ultrasonic Motor，简称USM）是20世纪80年代中期发展起来的一种全新概念的新型驱动装置。

超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应——在交变电场作用下，陶瓷会产生伸缩的现象——直接将电能转变成机械能，这种电机的工作频率一般在20kHz以上，故称为压电超声波电机。

超声波电动机的不同命名：如振动电动机(Vibration Motor)、压电电动机(Piezoelectric Motor)、表面波电动机(Surface Wave Motor)、压电超声波电动机(Piezoelectric Ultrasonic Motor)、超声波压电驱动器/执行器(Ultrasonic piezoelectric actuator)等等。

超声波电机实物图如下：一．发展1.探索阶段(1948年——20世纪70年代末)1）超声波电动机的概念出现于1948年，英国的Williams和Brown 申请了“压电电动机(Piezoelectric Motor)”的专利，提出了将振动能作为驱动力的设想，然而由于当时理论与技术的局限，有效的驱动装置未能得以实现。

2）1961年，Bulova Watch Ltd．公司首次利用弹性体振动来驱动钟表齿轮，工作频率为360Hz，这种钟表走时准确，每月的误差只有一分钟，打破了那个时代的纪录，引起了轰动。

3）前苏联学者V. V. Lavrinenko 于1964年设计了第一台压电旋转电机，此后前苏联在超声波电机研究领域一度处于世界领先水平，如设计了用于微型机器人的有2 或3 个自由度的超声波电机、人工超声肌肉及超声步进电机等。

不过，由于语言等方面的原因, 前苏联的一些重要研究成果并未被西方科学界所充分了解。

4）1969 年，英国Salfod 大学的两名教授介绍了一种伺服压电电机，这种电机采用二片式压电体结构，其速度、运动形式和方向都可以任意变化，响应速度也是传统结构电机所不能及的。

超声电机原理
超声电机是一种利用超声波产生的机械振动来实现运动的电机。

它具有体积小、效率高、响应速度快、噪音小等优点，因此在各种
领域得到了广泛的应用。

超声电机的工作原理主要包括超声波的产生、传播和转换成机械振动三个方面。

首先，超声电机的工作原理涉及到超声波的产生。

超声波是指
频率高于20kHz的声波，它可以通过压电效应或磁致伸缩效应来产生。

在超声电机中，常用的是压电效应。

当施加电压到压电陶瓷上时，会产生压电效应，使其产生机械振动，从而产生超声波。

这种
超声波具有高频率、短波长的特点，可以实现精细的机械控制。

其次，超声电机的工作原理还涉及到超声波的传播。

超声波在
传播过程中会受到介质的影响，不同介质对超声波的传播速度和衰
减程度都有影响。

因此，在超声电机中需要考虑介质的选择以及超
声波的传播路径，以确保超声波能够准确地传播到需要的位置。

最后，超声电机的工作原理还包括超声波的转换成机械振动。

当超声波传播到需要的位置时，可以通过压电陶瓷或磁致伸缩材料
将超声波转换成机械振动。

这种机械振动可以驱动机械装置实现运
动，如旋转、线性运动等。

由于超声波具有高频率和短波长的特点，因此可以实现微小的机械振动，从而实现精密的位置控制。

总的来说，超声电机的工作原理是通过产生、传播和转换超声
波来实现机械振动，从而实现运动控制。

它具有许多优点，如体积小、效率高、响应速度快、噪音小等，因此在精密仪器、医疗设备、光学设备等领域得到了广泛的应用。

随着科技的不断发展，相信超
声电机在未来会有更广阔的应用前景。

超声波电机工作原理
超声波电机是一种利用超声波振动产生机械运动的电机，其工作原理基于超声波的压电效应和谐振效应。

以下是超声波电机的基本工作原理：
1. 压电效应：超声波电机的关键部件是由压电陶瓷构成的振动片。

压电陶瓷具有压电效应，即当施加电场时，陶瓷发生机械变形，而当施加机械应力时，陶瓷产生电场。

2. 超声波振动产生：通过在压电陶瓷上施加高频交变电压，可以使陶瓷片振动，产生超声波。

这种超声波通常在20 kHz以上，远远超出人耳可听范围。

3. 谐振效应：超声波电机采用谐振效应，即在特定的频率下，振动片的振动幅度达到最大值。

通过调整施加在压电陶瓷上的电压频率，使其与振动片的谐振频率匹配，可以提高振动效率。

4. 工作部件：超声波电机中通常包含振动片、导向块和负载。

振动片振动时，通过导向块将振动传递到负载上，从而实现机械运动。

5. 无刷结构：由于超声波电机是通过振动产生机械运动，通常不需要传统电机中的刷子和换向器。

因此，超声波电机具有无刷结构，减少了摩擦和磨损。

超声波电机的优点包括高效率、精密控制、低噪音、无电磁干扰等特点。

它在一些需要高精度、低噪音、快速响应的应用领域得到广泛应用，如光学设备、精密仪器、医疗器械等。

超声波电机的结构
超声波电机（Ultrasonic Motor）是一种利用超声波振动能量进行驱动的特殊电机。

它主要由定子、转子和其他辅助部件组成。

一、定子
定子是超声波电机的主要组成部分之一，通常由金属材料制成。

定子通常具有两个或多个振荡器，这些振荡器是用来产生超声波振动的。

定子上的振荡器通常是通过在金属材料上刻蚀或钻孔来制造的，这样可以在定子上形成一系列的振动节点和振动位移。

二、转子
转子是超声波电机的另一个重要组成部分，它通常由非金属材料制成，如陶瓷、玻璃或碳纤维等。

转子通常具有一个或多个超声波振动膜片，这些膜片是用来接收定子产生的超声波振动并转换成转动的动力。

转子上的膜片通常是通过在非金属材料上切割或钻孔来制造的，这样可以在转子上形成一系列的振动节点和振动位移。

三、辅助部件
除了定子和转子之外，超声波电机还需要一些辅助部件来确保其正常运转。

这些辅助部件包括：
1.驱动电路：用于产生高频振荡信号，驱动定子产生超
声波振动。

2.位置传感器：用于检测转子的位置和速度，确保电机
能够准确地控制转子的运动。

3.散热器：用于降低电机内部的温度，防止过热对电机
造成损坏。

4.轴承：用于支撑转子，减少摩擦和磨损，提高电机的
使用寿命。

总之，超声波电机是一种利用超声波振动能量进行驱动的特殊电机，它主要由定子、转子和辅助部件组成。

这些组成部分协同工作，使得超声波电机能够实现高精度、高速度和高效率的驱动。

超声波电机的工作原理
1 超声波电机
超声波电机是一种新型的无极变速电机，它的概念来源于无极步
进电机的原理。

它的基本原理是利用来自多个超声波发射器的超高频
信号来改变电机的转速。

这对传统的步进电机的控制有着巨大的改变。

构成
超声波电机的主要组件由多个超声波发射器、接收器和控制电路
组成。

每个超声波发射器负责将一定频率的超声波脉冲发送出去。

接
收器将接收电机发出的超声波脉冲转变为电信号，然后经由控制电路
对电机进行控制。

原理
超声波电机是一种发射和接收超声波信号来控制电机转速的无极
变速器。

当多个超声波发射器发送超声波信号时，电机体内的接收器
将接收到超声波信号，并将之转化为电信号。

控制电路则接收到转变
后的电信号，根据其不同频率来控制电机的转速或者是发出停止命令。

优势
超声波电机拥有无极变速电机的许多优点，其输出功率强、切换
灵活，不受电源造成的噪声干扰，稳定且高效。

此外，超声波电机的
信号可以传播任何距离，不受任何电磁干扰。

最后，超声波电机还可
以通过调整频率来改变电机的转速，从而满足用户对变速的要求。

结论
超声波电机的技术并不难，但它的应用非常广泛。

它能解决很多变速性能低、受电源影响大等方面的问题，同时满足大多数应用情况下的控制要求，而且具有很好的稳定性、高效率。

圆筒型行波型超声电机一、简介1942年williams和Brown提出超声电机的概念，1981年日本新生工业(Shinsei)公司的总裁指田年生(Toslliiku sashida)制作了世界上第一台具有实用价值的振动片型超声波马达，自那时以来各种新型式的超声电机不断涌现，例如按驱动形式可分为行波型超声电机旧、复合型超声电机M1及多自由度超声电机．为增大定转子之间接触区形状和面积，提高马达的转矩，提出了一种柱面驱动行波超声电机，它的接触区域不同于以往的圆板和圆环超声电机，它是以圆柱面母线为中心的矩形区域，沿轴向接触具有一致性，提高定转子之间的预紧力和接触面积，从而提高了电机的力矩输出。

二、行波型超声电机的结构行波型超声电机(TRUM)是从上个世纪八十年代发展起来的一种新型微特电机，是最具代表性和当前应用最多的一类超声电机。

本文所述的这种筒状行波超声电机，定子为筒状，结构如图1所示。

图1 圆筒型行波超声电机传统的圆板型定子被新型圆筒定子代替。

压电陶瓷元件粘贴在圆通定子外壁上的合适位置，而在传统电机中，是贴在圆板型定子的底端面。

值得一提的是用于前者上的压电陶瓷比后者更易于加工，成本更低。

图2所示为粘贴有压电陶瓷的圆筒型定子和圆筒式定子主体，长条形的是PZT。

图2 粘有PZT的圆筒定子因为定子的特殊结构及有两个端面，如果两个端面都是自由的，就都会产生行波，而且这两个行波的运动方向相同。

如果用两个同轴转子与定子配合，随着摩擦力的增加，电机的输出力矩也将会增加。

虽然这样会给电机带来新的问题，但值得一试。

三、工作原理超声电机的机理是基于压电陶瓷的换能器，利用压电陶瓷的逆压电效应．把电能转换成机械能。

本文所提的电机采用的是薄片状压电陶瓷，沿厚度方向极化，压电振子的振动模式是垂直于极化方向的伸缩振动。

在两组压电陶瓷元件上分别施加相位差为π/2的同频率(超声频段内)、等幅麦变电压，通过压电陶瓷元件的逆压电效，可以在定于的模态频率上激发出幅值相等、在时间和空间上均相差π/2的模态响应。

超声电机原理超声电机是一种利用超声波振动产生的驱动力来驱动转子旋转的电机。

它具有体积小、转速高、响应速度快等特点，在现代工业生产中得到了广泛的应用。

超声电机的工作原理主要包括超声波振动产生、超声波传递和转子驱动三个方面。

首先，超声电机的工作原理是利用压电效应产生超声波振动。

压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会发生形变，产生电荷分布不均，从而产生电场的现象。

当外加电压作用于压电晶体时，晶体会发生机械振动，产生超声波。

这种超声波的频率通常在20kHz以上，能够提供足够的驱动力来驱动转子旋转。

其次，超声波通过传感器传递到转子上。

传感器通常由压电陶瓷和金属片组成，当超声波传递到传感器上时，压电陶瓷会产生振动，从而使金属片发生弯曲变形。

这种弯曲变形会产生一个周期性的力，作用在转子上，从而驱动转子旋转。

由于超声波的频率很高，转子可以以非常快的速度旋转，因此超声电机具有响应速度快的特点。

最后，转子受到超声波的驱动而旋转。

超声波通过传感器传递到转子上后，产生的周期性力会使转子发生旋转。

由于超声波的频率高，转子旋转的速度也会非常快，可以达到几千转/分钟甚至更高的转速。

这种高速旋转的特点使得超声电机在一些需要高速驱动的场合具有很大的优势。

总的来说，超声电机是一种利用超声波振动产生的驱动力来驱动转子旋转的电机。

它的工作原理主要包括超声波振动产生、超声波传递和转子驱动三个方面。

超声电机具有体积小、转速高、响应速度快等特点，在现代工业生产中得到了广泛的应用。

希望通过本文的介绍，读者对超声电机的工作原理有了更深入的了解。

超声波电机的发展及应用1.超声波电动机原理超声波电动机(Ultrasonic Motor缩写USM)是以超声频域的机械振动为驱动源的驱动器。

是国外近20年发展起来的一种新型电机。

与传统的电机不同，超声波电机无绕组和磁极，无需通过电磁作用产生运动力。

一般由振动体(相当于传统电机中的定子，由压电陶瓷和金属弹性材料制成)和移动体(相当于传统电机中的转子，由弹性体和摩擦材料及塑料等制成)组成。

在振动体的压电陶瓷振子上加高频交流电压时，利用逆压电效应或电致伸缩效应使定子在超声频段(频率为20KHZ以上)产生微观机械振动。

并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成旋转或直线型运动。

逆压电效应能够在振动体内激发出几十千赫的超声波振动 ,使振动体表面起驱动作用的质点形成一定运动轨迹的超声波频率的微观振动(振幅一般为数微米) ,如椭圆、李萨如轨迹等 ,该微观振动通过振动体和移动体之间的摩擦作用使移动体沿某一方向做连续宏观运动。

因此 ,超声波电机是将弹性材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。

近几年发展出了多种超声波电机，如环形行波USM、步进USM、多自由度USM等，且行波型USM 已有较成熟的设计。

下面来说明一下行波型USM的原理。

行波型USM要旋转，需要具备两个条件：与转子相接触的定子表面质点须做椭圆运动 ,定子、转子之间的接触面须有摩擦力。

图 1 中的弹性体为定子 ,其上部为转子 ,定子、转子间夹一层摩擦材料。

摩擦材料一般粘接在转子表面上。

利用电能激励压电陶瓷复合振子 ,使之产生超声振动 ,并在弹性体内产生行波。

当电信号频率调整到与定子(弹性体) 的机械共振频率一致时 , 定子的振动幅度最大 , 并形成行波。

在行波的弯曲传播过程中 ,定子表面的质点就会形成椭圆振动轨迹。

当无数个这样的粒子都以同相位振动时 ,就会在定子表面形成力矩 ,力矩方向与行波传播方向相反。

该力矩依靠定子、转子间的摩擦力驱动转子运动。

超声波电动机测转速超声波电动机(Ultrasonic Motor缩写USM)是以超声频域的机械振动为驱动源的驱动器。

由于激振元件为压电陶瓷，所以也称为压电马达。

超声波电机与传统的电机不同，超声波电机无绕组和磁极，无需通过电磁作用产生运动力。

一般由振动体(相当于传统电机中的定子，由压电陶瓷和金属弹性材料制成)和移动体(相当于传统电机中的转子，由弹性体和摩擦材料及塑料等制成)组成。

在振动体的压电陶瓷振子上加高频交流电压时，利用逆压电效应或电致伸缩效应使定子在超声频段(频率为20KHZ以上)产生微观机械振动。

并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成旋转或直线型运动。

可清楚理解，实现超声波驱动有两个前提条件：首先，需在定子表面激励出稳态的质点椭圆运动轨迹；其次，将定子表面质点水平方向的微观运动转换成转子的宏观运动或平动。

超声电机能大力矩输出是因为激振元件采用大功率密度的压电陶瓷材料。

同尺寸的超声微电机的力矩比静电微电机高3-4个量级：比电磁微电机高1．2个量级且输出转速也比其它类型的微电机低。

超声电机的保持力矩至少是最大输出力矩的2倍多，具有大的保持力矩是因为电机的定、转子间依靠摩擦力实现转子的驱动。

由于以上特点，与超声电机相连接的系统无须齿轮减速机构和制动机构，简化了应用系统的结构。

超声波电机有着诱人的应用前景，成为研究的一大热点。

具体地说，有以下几方面：信息机器、光学仪器、微机器人、医疗机器、探测系统、精密加工等。

超声电机的发展趋势是：大力矩、小尺寸、高效率、长寿命。

而此次转速测量系统的目的就是，通过对超声波电机移动体的机械振动进行观测，用MSP430单片机达到测量转速的目标。

单片机通过定时计数来测量一定时间内的脉冲个数，通过程序的控制在数码管显示出来。

超声波电机的机械振动要能和单片机联系起来，中间必须接入传感器，通过传感器把机械振动的周期或频率，转换为单片机可以识别的脉冲信号。

而MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。

超声波电机的研究现状及应用前景摘要：超声波电机是一种通过摩擦传递弹性超声振动以获得功率的驱动机构。

压电陶瓷在高频替代电压作用下产生相反的压电效应，从而激发超声频段内弹性定子的微幅振动。

定子驱动的表面粒子的椭圆运动通过摩擦转换为转子的旋转(或线性)运动。

超声波电机具有低速大转矩、无噪声、停电后自燃、快速响应、无磁场干扰等特点。

关键词：超声波电机；压电效应；研究现状；应用前景；超声波电机是一种新型的微型专用电机。

其通过反向偶极子效应和超声振动获得动力的工作原理推翻了传统的发动机概念，吸引了国内外许多学者的广泛关注和研究。

目前，该技术仍处于科学前沿，应用前景广阔，因此具有重要的研究价值。

综述了超声波电机的研究现状及应用前景。

一、国外超声波电机的研究现状人类第一次尝试用弹性振动来获取权力始于钟表。

1961年，日本Bulova Watch公司开始出售一只手动手表，每月误差仅为1分钟，这创造了当时的世界纪录，给全世界学者留下了深刻的印象。

超声波马达的研究也已开始，许多研究人员对此进行了深入研究，并取得了丰硕成果。

提出并制造了一种驻波分电器超声波马达，该马达使用了一种波长为27.8 khz的朗格文激励器，输入功率为90瓦，机械输出功率为50瓦，输出扭矩为0.25n m，输出速度为0.25n m但是，由于振动板和发动机转子之间的接触固定在同一位置，接触表面仍存在严重的摩擦磨损问题。

为了解决摩擦磨损问题，提出并制造了另一种形式的超声波偶极电机。

这种发动机意识到转子是由行波而不是固定点和驻波力矩不断推动的。

从而大大减少定子与转子接触表面的摩擦磨损。

该发动机的工作机构是利用定子表面颗粒在圆周方向上的椭圆运动速度分量驱动转子通过摩擦转动。

佳能公司研制的环形行波超声电机已正式应用于EOS相机目标自动研制系统，标志着超声波电机开始进入实用阶段。

不难看出，上述所有超声波电机都属于接触式超声波电机，即功率是通过定子和转子之间的接触摩擦传递的。