超声波马达
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超声波电机市场发展现状引言超声波电机作为一种新兴的驱动技术,具备高效、精密的特点,被广泛应用于各个行业。
本文将对超声波电机市场发展现状进行分析。
超声波电机的定义和特点超声波电机是一种利用超声波振荡产生动力的电机。
与传统电机相比,超声波电机具有以下特点: - 高效能:超声波电机利用超声波振荡产生机械动力,能够将电能转化为机械功率的效率达到90%以上。
- 精密度高:超声波电机的转速和位置可以精确控制和调节,能够实现微小精密的运动。
- 噪音低:超声波电机的工作过程中几乎没有震动和噪音产生,适用于对噪音要求较高的场所。
- 响应速度快:超声波电机的响应速度可达到微秒级,能够实现快速准确的运动控制。
超声波电机市场的应用领域超声波电机市场的应用领域非常广泛,包括但不限于以下几个方面:工业自动化超声波电机在工业自动化领域的应用越来越普遍。
其高效能、精确性和响应速度快的特点使其成为机器人、自动化设备等的理想驱动器。
超声波电机在自动装配、加工、搬运等环节起到关键作用,提高了生产效率和产品质量。
超声波电机在医疗器械领域的应用广泛,如超声波刀、超声波手术器械等。
其精密度高的特点使其在微创手术中得到了广泛应用,减少了手术创伤和恢复时间,提高了手术效果。
仪器仪表超声波电机在仪器仪表领域的应用也愈发重要。
其精确控制和调节转速、位置的能力,使其适用于光学设备、天文仪器等高精度仪器的驱动。
消费电子产品超声波电机已经在消费电子产品领域得到广泛应用,如智能手机、数码相机等。
其高效能、噪音低和响应速度快的特点,提升了消费电子产品的用户体验。
超声波电机市场的发展趋势随着技术的不断进步和市场需求的增加,超声波电机市场呈现出以下几个发展趋势:小型化超声波电机在体积和重量方面不断精简,以适应越来越小型化的设备需求。
随着微型电子器件的广泛应用,对超声波电机的小型化需求将进一步增加。
超声波电机在功能上追求多样化,以满足各个行业的不同需求。
目前已经出现了多种类型的超声波电机,如超声波线性电机、超声波旋转电机等,未来还有更多的功能型超声波电机将问世。
超声波换能器原理知识大普及在对超声波焊接机、超声波清洗机等设备的了解过程中,都会看到超声波换能器的身影,那么超声波换能器究竟是个什么设备呢?它主要完成哪些功能呢?又是利用什么原理来完成的呢?接下来就让小编带您一探究竟!一、超声波换能器简介超声波换能器,英文名称为Ultrasonictransducer,是一种将高频电能转换为机械能的能量转换器件。
其常被用于超声波清洗机、超声波焊接机、三氯机、气相机等设备中,在农业、工业、生活、交通运输、军事、医疗等领域内都得到了广泛的应用。
超声波换能器二、超声波换能器结构超声波换能器主要包括外壳、声窗(匹配层)、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、Cymbal阵列接收器等几大部分构成。
其中,压电陶瓷圆盘换能器起到的作用和一般的换能器相同,主要用于发射并接受超声波;而在压电陶瓷圆盘换能器的上面是Cymbal阵列接收器,主要由引出电缆、Cymbal换能器、金属圆环和橡胶垫圈组成,用作超声波接收器,接受压电陶瓷圆盘换能器频带外产生的多普勒回拨信号。
超声波换能器结构三、超声波换能器原理超声波换能器,其实就是频率与其谐振频率相同的压电陶瓷,利用的是材料的压电效应将电能转换为机械振动。
一般情况下,先由超声波发生器产生超声波,经超声波换能器将其转换为机械振动,再经超声波导出装置、超声波接收装置便可产生超声波。
超声波换能器原理四、超声波换能器应用(1)超声波清洗机利用超声波在清洗液中不断地进行传播来清洗物体上的污垢,其超声波振动频率便是由超声波换能器决定的,可根据清洗物来设定不同的频率以达到清洗的目的。
(2)超声波焊接机利用超声波换能器产生超声波振动,振动产生摩擦使得焊区局部熔化进而接合在一起。
(3)超声波马达中并不含有超声波换能器,只是将其定子近似为换能器,利用逆压电效应产生超声波振动,通过定子与转子的摩擦进而带动转子转动。
(4)超声波减肥利用超声波换能器产生机械振动,将脂肪细胞振碎并排出体外,进而达到减肥的效果。
电动牙刷声波马达工作原理电动牙刷是一种利用声波马达产生震动来清洁牙齿的产品。
它相比传统的手动牙刷,能够更加高效地清洁牙齿,并且减少了使用者的劳动强度。
那么,电动牙刷的声波马达是如何工作的呢?我们需要了解一下声波马达的基本原理。
声波马达是一种由电能转换成机械能的装置,它利用电力的变化引起磁力的变化,从而产生震动。
电动牙刷中的声波马达就是利用这一原理来产生震动的。
电动牙刷的声波马达通常由一个铁芯和一个线圈组成。
当电流通过线圈时,会在铁芯周围产生一个磁场。
这个磁场的方向会随着电流的变化而改变。
当电流方向改变时,磁场的方向也会相应地改变。
声波马达利用这种磁场的变化来产生震动。
具体而言,声波马达中的铁芯会根据磁场的变化而来回震动。
这种震动会通过连接在铁芯上的振动杆传递到牙刷刷头上。
声波马达的震动频率通常在几千到几万次每分钟之间,这样的频率可以产生足够的震动力来清洁牙齿。
同时,声波马达的震动幅度也是有限的,不会对牙齿和牙龈造成过多的刺激,从而保护口腔健康。
除了声波马达,电动牙刷中还有一些其他的部件,如电池、开关、传动装置等。
电池为声波马达提供电能,开关用于控制电动牙刷的工作状态,传动装置用于将声波马达的震动传递到牙刷刷头上。
总结一下,电动牙刷的声波马达利用电能转换成机械能的原理,产生震动来清洁牙齿。
通过一个由线圈和铁芯组成的声波马达,电动牙刷能够在高频率下产生适度的震动力,有效地清洁牙齿。
同时,电动牙刷还包括其他部件,如电池、开关和传动装置等,来保证其正常工作。
通过了解电动牙刷声波马达的工作原理,我们可以更好地理解电动牙刷的使用和维护,从而更好地保护口腔健康。
镜头上这些EF、DO等字母都是什么意思?对于摄影新⼿来说,镜头上的⼀些数字,字母组合起来的标识,确实不明⽩都是什么意思,今天我就来简单普及⼀下镜头上的标识都是什么意思。
我们先拿佳能的镜头举例来说。
我们找个标识⽐较全⾯的来说,EF 28-300mm f/3.5-5.6L IS USM镜头最开头的EF字母是Electronic Focus的英⽂缩写,也就是电⼦对焦的意思,EF是佳能EOS相机的镜头卡⼝名称,28-300mm是这⽀镜头的焦段范围,也就是从28mm到300mm焦距范围之间可以变换焦距,f是标识这⽀镜头的最⼤光圈值,f后⾯的3.5-5.6是表⽰这⽀镜头在⼴⾓端28mm时候的最⼤光圈是3.5,在300mm的最长端的最⼤光圈就是5.6,再后⾯红⾊L字母标识是Luxury(奢华)的意思,带红⾊字母L的镜头肯定都是在镜头头部有⼀个红圈,这就是我们经常说的红圈头,这是代表佳能镜头系列中的最⾼品质的镜头系列,在镜头中都使⽤了昂贵的萤⽯镜⽚或者是超低⾊散镜⽚,因此红圈头的成像是最好的。
再往后的IS是ImageStabilizer的缩写,也就是图像稳定器的意思,表明这⽀镜头是带有防抖的图像稳定器。
USM是Ultra Sonic Motor的缩写,超声波马达,指镜头的对焦是由超声波马达来驱动的,超声波马达可以带来安静迅速的对焦速度。
镜头中还会出现的⼀些字母标识,譬如AF,是⾃动对焦设置,MF是⼿动对焦设置,STM是Stepping Motor, 佳能研发的步进马达驱动对焦。
还有再⽐如EF 70-200mm f/2.8L ISII USM镜头,f后⾯只有⼀个数字2.8的,表明这⽀镜头在⼴⾓70mm端和长焦200mm端的最⼤光圈都可以是2.8,也就是恒定光圈。
IS后⾯的II是代表这是第⼆代镜头。
还有像TS-E 24mm f/3.5L II镜头,TS是Tile/Shift缩写,即摇摆、移轴功能,这种镜头也叫移轴镜头,可以⼿动调整景深和透视畸变还有EF400mmF4.0 IS DO,DO是Diffractive Optics(多层衍射光学镜⽚)的意思。
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。
佳能EF系列的镜头有哪些值得购买佳能EF系列的镜头有哪些值得购买相信每一位玩摄影的朋友都知道,玩转单反相机最大的乐趣便在于不同的镜头转换,根据不同的拍摄需求进行替换,因此不少用户开始选择更能满足拍摄需求的镜头了。
下面是店铺为大家精心推荐佳能EF系列的一些镜头,希望能够对您有所帮助。
佳能EF系列的镜头最牛广角变焦头:16-35mm f/2.8L II USM佳能EF 16-35mm f/2.8L II USM镜头采用2片超低色散镜片,有效矫正了广角镜头的色差问题。
具有108°最大拍摄视角,镜身具有一定的防水滴防尘性能,有效增强了镜头对于不同恶劣环境的适应能力。
另外,由于采用后对焦/内对焦设计,可以有效减少镜身体积,令这款镜头更加小巧,在拍摄过程中使用滤镜也更加方便,因而其成为一款使用率极高的热门镜头。
L级红圈镜头:17-40mm f/4L USM佳能EF 17-40mm f/4L USM镜头采用1片玻璃铸模非球面镜片和2片普通非球面镜片,以及低色散玻璃和优化的镜头镀膜,成像质量十分出色,具有优异的防尘、防潮性能。
同时,这款镜头也是红圈镜头中普及率非常高的一支镜头,具有F4大光圈并使用超声波马达的广角变焦,而低廉的价格也令其受到了广大佳能用户的追捧。
红圈挂机头:24mm F1.4 L II USM24mm F1.4 L II USM是佳能全新的广角定焦红圈镜头,镜头采用了SWC涂层技术,它能够降低色散以及减轻杂光现象,使得其成像质量得到提高。
镜头内含2枚特殊研磨非球面镜片及2枚UD镜片,全新镜片镀膜技术,大大缩短了鬼影和耀斑。
另外,镜头使用了环形USM马达驱动,支持全时手控。
超广角定焦头:14mm f/2.8L II USM佳能EF 14mm f/2.8L II USM采用2片高精度GMo(玻璃模铸)非球面镜片,可有效补偿超广角镜头容易出现的多种像差。
同时还采用了2片UD(超低色散)镜片,较大程度抑制了倍率色像差的`产生,可抑制被摄体边缘较易出现的色晕,使整个画面均可获得较高的画质。
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。
尼康全系列金圈镜头型号大全和佳能30枚红圈对应的,截至到目前,尼康金圈镜头共具25枚(注:本次讨论的镜头,是截至到目前最新Nikkor金圈镜头数据,不包括停产镜头如AF-S 28-70mm f/2.8D IF-ED或部分远摄D型定焦如AF-S 500mm f/4D IF-ED、AF-S 600mm f/4D IF-ED)。
其中包括5枚广角变焦、3枚广角定焦、2枚标准变焦、3枚远摄变焦、7枚远摄定焦、1枚微距定焦、1枚鱼眼定焦和3枚移轴定焦。
需要注意的是,Nano标识、G型镜头和镜头是否为金圈并无关系,金圈镜头中也有部分D型镜头没有Nano镀膜,如AF-S 17-35mm f/2.8D IF-ED。
5枚广角变焦:AF-S DX 12-24mm f/4G IF-EDAF-S 14-24mm f/2.8G EDAF-S 16-35mm f/4G ED VRAF-S 17-35mm f/2.8D IF-EDAF-S DX 17-55mm f/2.8G IF-ED2枚标准变焦:AF-S 24-70mm f/2.8G EDAF-S 24-120mm f/4G ED VR3枚远摄变焦:AF-S 70-200mm f/2.8G ED VR IIAF 80-400mm f/4.5-5.6D ED VRAF-S 200-400mm f/4G ED VR II3枚广角定焦:AF 14mm f/2.8D EDAF-S 24mm f/1.4G EDAF-S 35mm f/1.4G7枚远摄定焦:AF-S 85mm f/1.4GAF-S 200mm f/2G ED VR IIAF-S 300mm f/4D IF-EDAF-S 300mm f/2.8G ED VR IIAF-S 400mm f/2.8G ED VR IIAF-S 500mm f/4G ED VRAF-S 600mm f/4G ED VR1枚微距定焦:AF-S VR 105mm f/2.8G IF-ED1枚鱼眼定焦:AF DX 10.5mm f/2.8G ED3枚移轴定焦:PC-E 24mm f/3.5D EDPC-E 45mm f/2.8D EDPC-E 85mm f/2.8DDX镜头:专门为尼康DSLR生产的镜头,成像圈仅覆盖APS-C尺寸的传感器,由于使用在一般35mm 规格的相机上会有成像圈的产生且镜身可能在近端时压碰到底片或感光板造成损坏,因此并不适合使用于35mm规格的相机上。
这是一个让初学者头大的问题,不过也真够乱的,以下的介绍肯定不全面但肯定是常用的。
还是佳能的标示简明易懂。
1.佳能 CanonUSM:镜头内采用超声波马达驱动对焦,快速无声;L:镜片采用了萤石或超低色散玻璃透镜,属高档镜头;IS:具有电子图像稳定器,俗称“防手抖”功能;DO:采用了内置多层衍射光学元件,可大幅缩小镜头体积和重量;Macro:微距镜头.2.尼康 NikonAF-S:内置超声波调焦驱动马达;ED:采用超低色散玻璃镜片;SK:镜片多层镀膜;ASP:采用非球面镜片,改善广角成像质量;D:可以向机身传递距离信息资料;CRC:有近距离图像校正系统;IF:内调焦,调焦时镜筒不会随之转动;RF:后组镜片对焦,加快自动对焦速度;VR:装有电子减震系统(同佳能的IS);与佳能小白通焦段的Nikon AF-S VR 70-200-2.8G IF-ED3.腾龙SP:Super Performance ― 具备高性能规格的镜头;拥有“ SP ”标识的镜头,表示它是一款腾龙的高性能大口径镜头。
LD:低色散镜片,英文全称 Low Dispersion 。
采用低色散玻璃镜片;IF:内调焦,调焦时镜筒不会随之转动;ASL:采用非球面镜片,改善广角成像质量;LAH:采用LD混合非球面镜片;ASPH:采用复合型非球面镜片;AD:采用局部不规则折射率镜片;异常色散,英文全称 Anomalous Dispersion 。
拥有此标识的腾龙镜头,具备消除色散的功能。
其主要应用在中长焦镜头和部分广角变焦镜头中。
XR:采用高折射率镜片,在保证光通量和成像素质的前提下,大幅度缩小镜头体积和重量;VC:腾龙防抖的标示ZL:配有全新变焦环锁定机构;Di:数码镜头,英文全称 Digitally Integrated 。
可以适用于数码相机,改善四角亮度和抗眩光;胶片机兼容;DI 镜头和腾龙之前的镜头相比,有更好的性能和新的技术优势,主要有三点,一是解像率高;二是色差矫正更好,使边缘成像更好;三是镀膜技术的改进,对减少逆光和强光下的光晕更有效。
电动牙刷声波马达工作原理引言电动牙刷是一种通过马达驱动的牙刷,相比传统手动牙刷,它能够提供更高的清洁效果和更便捷的使用体验。
其中,声波马达是电动牙刷中最常见的一种类型。
本文将详细解释电动牙刷声波马达的工作原理。
声波技术概述声波技术是通过产生高频振动来实现清洁效果的一种技术。
声波振动可以有效地去除牙菌斑和食物残渣,并能够深入到牙齿间隙和较难清洁的区域。
而声波马达则是产生这种高频振动的关键组件。
声波马达结构声波马达通常由以下几个主要部分组成:1.驱动电机:用于产生振动力。
2.杆状震荡器:将振动力转化为线性运动。
3.轴承:支撑杆状震荡器,并减少摩擦损耗。
4.振荡器头部:连接杆状震荡器和刷头,将振动传递给刷毛。
声波马达工作原理声波马达的工作原理可以分为以下几个步骤:1.驱动电机产生振动力:声波马达内部的驱动电机通过电流激励产生振动力。
这个过程类似于传统电机的工作原理,利用电磁感应产生转矩。
2.转化为线性运动:振动力通过杆状震荡器传递,并将旋转运动转化为线性运动。
杆状震荡器通常采用特殊的材料,如陶瓷或金属合金,以确保刚性和耐久性。
3.减少摩擦损耗:声波马达中的轴承起到支撑和减少摩擦损耗的作用。
轴承通常采用高精度的滚珠轴承或气体轴承,以确保杆状震荡器能够平稳地运行。
4.传递振动给刷头:振荡器头部连接在杆状震荡器和刷头之间,起到传递振动力的作用。
通常使用螺纹连接或其他可靠的连接方式,以确保振动能够有效地传递给刷头。
5.刷头振动:最终,振动力通过刷头传递给牙齿。
刷头上的刷毛在高频振动的作用下,能够迅速清洁牙齿表面和间隙。
声波马达特点声波马达具有以下几个特点:1.高频振动:声波马达产生的振动频率通常在20000Hz到40000Hz之间,比人耳可听到的范围更高。
这种高频振动能够产生细小的涡流和微小气泡,从而增强清洁效果。
2.多维清洁:声波马达产生的线性运动可以使刷毛在多个方向上进行振动,从而实现全方位、多维度的清洁效果。
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。
超声波马达
超声波马达是二十世纪七○年代提出的一种新型马达,发展的历史不过30年,却已有许多不同结构的马达陆续问世,特别是日本工业界更是积极投入这个领域的研究开发,例如SHINSEI、CANON、SONY、SEIKO、NEC……等公司,都有许多关于超声波马达的专利与应用。
虽然目前超声波马达的应用尚不及常见的电磁马达那么普遍,但是它有一些电磁马达所不能及的优点。
在某些特殊场合使用超声波马达,可以使工作效率大为提升。
阅读本文后,读者不妨试着找找看,周遭有哪些东西已经应用超声波马达,以及在哪些场合也可能需要使用这种马达。
在了解超声波马达之前,首先要知道什么是超声波。
一般而言,人耳所能听到的声音频率范围大约在20赫兹~20千赫兹之间,而超过20千赫兹以上,人耳无法辨识的频率便称为超声波。
那么究竟什么是超声波马达?其基本工作原理又为何?简单地说,利用压电材料输入电压会产生变形的特性,使其能产生超声波频率的机械振动,再通过摩擦驱动的机构设计,让超声波马达如同电磁马达一般,可做旋转运\动或直线式移动。
通常电磁马达运转时我们会觉得有杂音,这是因为马达内部结构产生振动,而振动频率恰好在我们耳朵可以感受的频率范围内。
超声波马达的振动频率则设计在人耳所能听到的范围之外,所以当它运转时我们感觉不到有声音,因而觉得非常安静,这是超声波马达一个相当重要的特色。
神奇的压电效应
在上面的说明中,我们知道压电材料在超声波马达内扮演着极为重要的角色,接下来将引导各位进入压电的世界。
压电效应是一八八○年居里兄弟(Jacques Curi e, 1855-1941; Pierre Curie, 1859-1906)发现的,他们在研究晶体热电现象与结晶对称关系时,认为这个现象可能是由加热时晶体体积发生变化所导致的。
根据这个想法他们做了许多实验,发现电气石或石英等天然矿石晶体受到压力时,由于体积变化,在晶体表面会有微小电荷产生。
来年,他们又发现当晶体置于电场中时也会造成体积上的变化,证明了这种现象是可逆的。
这个发现开启了一项新的研究领域,即「压电效应的探讨与应用」。
因为压电效应是可逆的,所以把材料因体积变化而产生电压的效应称为「正压电效应」;反之,材料因加入电压而造成体积变化的效应称为「逆压电效应」;而具有压电效应的材料则统称为「压电材料」。
具压电效应的材料除了天然的晶体,如石英、电气石、罗德盐等材料以外,还能以人工的方式制造,如氧化锌\、聚合物、陶瓷材料、复合材料等。
其中陶瓷材料因为制造容易、可制成任何形状、且其特性可随组成做多样性的变化等优点,目前已经成为压电组件的主流。
一般而言,压电陶瓷材料具有体积小响应快速、位移量小消耗功率低等特色。
但也有一些使用上的限制,例如材质易脆等。
虽然可以承受较大的正向压力,但是当它承受不均匀的力量时,也很容易造成材料的破坏。
另外,其特性受温度影响大也是
一种限制,故而直接影响超声波马达的性能。
目前压电陶瓷材料应用的范围相当广。
利用材料的正压电效应可应用于传感器、点火器等;而逆压电效应则可做成致动器、蜂鸣器、超声波转换器等装置。
很明显地在超声波马达中,主要是利用压电陶瓷材料的逆压电效应,从外部输入高频电压讯号,就会产生高频的机械振动。
虽然压电材料体积的变化量非常小,约微米甚至是奈米量级,不过通过一秒数万次的振动放大,使得超声波马达可以兼顾高位移分辨率与长行程的特色。
超声波马达的起源
在超声波马达问世之前,实际上已有利用压电材料振动特性来驱动的压电马达,惟其频率并不限于超声波的范围。
早在一九四八年威廉和布朗就申请了「压电马达」的美国专利;一九六一年宝路华钟表公司研制出音叉驱动的手表;一九七○~一九七二年西门子和松下两公司发展出线型压电步进马达,不过因为无法达到较大的输出力及效率,所以当时并没有普遍地应用。
一九七三年美国IBM公司的巴特(H.V. Barth),首次提出利用压电组件以超声波振动的方式来驱动的马达,但因为磨耗上的问题,和之前的手表案例一样,仅发表出来而没有实际上的应用。
几乎同时,俄国人V.H. Lavrinenko也设计了一些驱动原理相同的马达结构;一九七八年瓦西里耶夫(P.E. Vasiliev)则是利用超声波转换器作为马达的驱动来源,不过都没有发展出完整的马达结构。
一九八○年日本指田年生(Toshiiku Sashida)研制出以振动片驱动的超声波马达,具有较完整的马达结构。
至此,以压电材料产生超声波振动来驱动马达的概念就开始慢慢地发展起来。
虽然因为磨耗以及温度上升等问题,使得这些超声波马达仍然没有实际的应用,不过已具有高精度、低速高转矩等特色。
直到一九八二年,指田年生又发展出一种新型的超声波马达驱动方式,在设计上已经考虑到磨耗的改善,这才是第一个真正达到具有商业应用价值的超声波马达,且首先应用在照相机的自动对焦系统中,这也是目前使用超声波马达最多的领域。
超声波马达和电磁马达的比较
超声波马达突破了传统电磁马达的观念,没有了线圈与磁铁,也就是不依靠电磁的相互作用来转换能量。
取而代之的是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声波振动,通过摩擦来转换能量。
因为如此截然不同的作用原理,也造成了超声波马达和电磁马达之间迥异的特性。
接下来让我们来看看,超声波马达和电磁马达之间有哪些不同的地方吧!
超声波马达不受磁场干扰的影响
从马达的结构我们可以明显看出,超声波马达没有线圈与磁路的设计,当然在运转时也就不会受到外界磁场的影响,而且其本身也不会有磁场产生。
在某些具有强磁场干扰的场合,例如磁浮列车上以及医院里的核磁共振设备中,磁场的干扰可能会造成电磁马达失效;或是在极精密的仪器里,使用一个电磁马达对仪器而言,可能会是一个磁场的干扰源,进而影响仪器的精密度。
而超声波马达的
本质特性恰好能够解决这些因磁场干扰而造成的问题。
超声波马达有较大的保持扭矩
什么是保持扭矩呢?即是在不输入电压的情形下,要让马达转动所需施加的外力。
一般的电磁马达其保持扭矩较小,在切掉电源后,由于惯性力大于保持扭矩,所以马达不会立即停止。
而超声波马达因为其摩擦驱动的原理,所以保持扭矩相当大,若在运转时突然切掉电源,马达会立即停止,不会因惯性作用而继续移动。
利用这个特点,我们可以轻易地做到快速且精确的定位,不但可以大幅增加系统的定位性能,更可以减少系统设计时的复杂度。
超声波马达在低转速时有较大的输出转矩,可直接驱动负载
这是超声波马达另一个相当重要的特点,一般常见的电磁马达若要达到低转速时有大输出转矩的特性,通常要加上齿轮变速机构来降低转速才能够达成;而超声波马达不需要这类减速机构就能够直接驱动负载,不但可以减少减速机构的重量与其所占的体积,更可以避免因为齿轮变速机构所产生的振动、冲击与噪音等问题。
另外,目前计算机中所使用的光驱和硬盘机,磁头的直线运\动是使用电磁马达和齿轮机构来实现的。
在这样的传动系统中要进一步减小机构的体积,并提高定位精度是相当困难的。
如果利用直线型超声波马达的直接驱动特性,制造出更雹更小且高定位精度的传动系统就不再是一件困难的事情了!
超声波马达运转较为安静
本文前面已经提过,因为超声波马达的振动频率高于我们耳朵所能感受的范围,而且不需要变速机构即可直接驱动,因此避免了机构振动所产生的噪音。
所以在某些需要安静的场合,例如医院、办公室、图书馆……等场所,使用超声波马达不失为一个不错的选择。
在日本东京的市政办公大楼中,便有使用超声波马达驱动的自动窗帘。
除了上述主要的特点外,超声波马达还具有体积小重量轻、响应快速、结构简单……等特色。
不过有优点也会有缺点,例如摩擦会造成磨损的问题,而且由于超声波马达使用压电陶瓷材料,其材料特性也直接影响工作的性能。
以下让我们来看看超声波马达还有哪些需要改进的地方吧!
超声波马达不适合高速运转
我们已经知道超声波马达在低速运转时的某些特性比电磁马达好,但是在高速运转的情况下是不是也一样呢?答案是否定的!因为若我们拿同样一片压电陶瓷接上固定的电压时,可以发现到在不同的温度下会有不同程度的体积变化,在超过了某一特定温度后其压电效应甚至会消失!又超声波马达是以摩擦的方式来产生运\动,摩擦会生热,转速越快摩擦得越快,产生的热量也越多,于是造成超声波马达内部的压电陶瓷材料温度也就越来越高,进而影响输出性能。
所以超声波马达不适合用在需要高速运转的场合。
超声波马达使用寿命较短
因超声波马达是利用摩擦驱动的方式运转,有摩擦势必会产生磨耗,长期下来摩擦。