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电机技术的最新进展 超声电机 |
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| 电机技术的最新进展 超声电机 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:32:35  |
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电机技术的最新进展
–––––超声电机
许东升 王英汉
四平供电公司
电动机（简称电机）是应用最广、数量最大的电器之一，功率可从不足1瓦到数万千瓦。无论何种电机（交流、直流、异步、同步），其工作原理始终是法拉第电磁感应定律和电动机（左手）定则。这类电机统称为电磁式电机，已独占电机领域180余年。压电材料的出现，才使传统的电机技术有了创新。
压电材料（压电陶瓷）的特点是：若对其施加作用力（使之变形），在其两端则会产生等量异性电荷，这种现象被称为压电效应。反之，若在其两端施加电压，则会使之产生变形（伸缩），这种现象被称为逆压电效应。利用这一原理，可制造出完全不同于法拉第电机的新型电（动）机，即超声电机。现在，应用最多的超声旋转电机是摩擦驱动型电机，分为行波、驻波、弯曲摇头三种形式。
行波超声电机的工作原理是：把环形压电陶瓷片粘结在带有凸齿的弹性体上，构成电机的定子。定子上凸齿的作用是放大定子表面振动的振幅，使转子获得较大的输出能量。定子上的环形压电片按一定规则分割极化后分为两组，空间排列相差π/2（1/4波长），并且分别受到在时间上也相差π/2的电源的激励。当激励电源的频率等于定子的固有频率时，两组压电片所激发的波相叠加，在电机定子中产生沿圆周方向的合成弯曲行波，推动转子旋转，转动方向与行波的传播方向相反。激励电源为正弦波。
高级佳能相机中的精密调焦，使用的就是环形行波超声电机；低档佳能相机则使用弯曲摇头式超声电机。除上述类型外，还有用流体耦合的压电––电流变超声电机和用空气或其它气体耦合的非接触式超声电机。
与法拉第电磁式电机相比，超声电机的优点是：低转速、大转矩、无需减速机构就可直接驱动负载，Ф120mm电机的力矩达40Nm；结构简单，体积小，重量轻，功率体积比是电磁电机的3~10倍；起动、停止响应快，响应时间小于1ms；不产生、也不受电磁干扰，不怕辐射，可用于–80℃的环境；有自保持力矩，无齿轮间隙，具有纳米量级的分辨率，可精密定位；不需润滑剂，运行安静、无噪声。
超声电机的历史至今不足40年。1961年，有人将弹性体振动作为动力用于钟表。70年代，苏联和IBM公司分别对超声电机进行了研究。1982年，日本最先研制出实用化超声电机。90年代初，日本实现了超声电机产业化，月产量10万台。现在，日本在超声电机研制上已遥遥领先。美国决心赶上并超过日本，争取在几年内实现年产超声电机10亿台。现在，美国已把超声电机发射到火星上进行试验。美国的目标是把超声电机用于国防尖端、航空航天、机器人、汽车、微型机械等领域。自1989年起，中国清华大学等少数单位也开始对超声电机进行研究。现在，进行该项研究的大学已有近10所，并得到国家自然科学基金的支持，但至今没能拿出产品，更谈不上产业。
21世纪，超声电机将在世界范围内广泛应用，我们期待着中国的超声电机早日进入市场。
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