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1歷史現(xiàn)狀

超聲電機(jī)的雛形早由前蘇聯(lián)在60年代初提出。1973年，美國(guó)IBM公司的H.V Barth博士、前蘇聯(lián)的V.H.Lavrinenko等人研制出原理性的超聲電機(jī)。80年代，日本許多科學(xué)工作者致力將美國(guó)和蘇聯(lián)的原理性樣機(jī)開(kāi)發(fā)成使用的超聲電機(jī)，并于90年代初投入到商業(yè)應(yīng)用。至今，日本、美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)競(jìng)相研制各種類型和用途的超聲電機(jī)。

2傳統(tǒng)比較

超聲電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型輕量、響應(yīng)速度快，噪聲低、低速大轉(zhuǎn)矩、控制特點(diǎn)好、斷電自鎖、不受磁場(chǎng)干擾，運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，另外還具有耐低溫、真空等適應(yīng)太空環(huán)境的特點(diǎn)。首先由于質(zhì)量輕，低速且大轉(zhuǎn)矩從而不需要附加齒輪等變速結(jié)構(gòu)，避免了使用齒輪變速而產(chǎn)生的震動(dòng)、沖擊與噪聲、低效率、難控制等一系列問(wèn)題；其次它突破了傳統(tǒng)電機(jī)的概念，沒(méi)有電磁繞組和磁路，不用電磁相互作用來(lái)轉(zhuǎn)換能力，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)、超聲振動(dòng)和摩擦耦合來(lái)轉(zhuǎn)換能量。從而實(shí)現(xiàn)了安靜、污染小；定位精度高；不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。可以說(shuō)超聲電機(jī)技術(shù)處于世界上新高科技之一。

3應(yīng)用

超聲電機(jī)作為一種新型的微電機(jī)，在轎車電器、辦公自動(dòng)化設(shè)備、精密儀器儀表、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制系統(tǒng)航空航天、智能機(jī)器人等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。根據(jù)超聲波電機(jī)的研究成果，目前國(guó)外已經(jīng)成功應(yīng)用于照相機(jī)的自動(dòng)焦距裝置、傳送裝置、自動(dòng)升降裝置、精密繪圖儀、微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域。
（1）光學(xué)機(jī)器
超聲波電機(jī)在照相機(jī)、攝像機(jī)、顯微鏡等光學(xué)儀器的聚焦系統(tǒng)中作為驅(qū)動(dòng)原件，能獲得很滿意的效果。接觸式USM具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，在許多應(yīng)用場(chǎng)合中可免去減速裝置直接驅(qū)動(dòng)。典型的應(yīng)用于照相機(jī)的自動(dòng)焦距鏡頭中，與采用傳統(tǒng)電機(jī)鏡頭相比，具有安靜、無(wú)電磁噪聲；定位精度高；調(diào)焦時(shí)間短；無(wú)齒輪減速、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
光學(xué)顯微鏡，自動(dòng)焦距，顯微定位，微納米計(jì)算尺，LCD等顯示平板的生產(chǎn)測(cè)試檢查，晶片檢查定位，消除振動(dòng)系統(tǒng)，天文觀測(cè)儀器，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，微型掃描儀，基因處理，微型手術(shù)，光學(xué)鏡面調(diào)整等都應(yīng)用了超聲波電機(jī)。
（2）汽車
超聲波電機(jī)用于汽車車窗的驅(qū)動(dòng)裝置中，可使它體積扁小、低速時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮得。它還可用于磁懸浮列車上，為使列車懸浮于軌道上，使通過(guò)軌道上線圈的超導(dǎo)電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，需要大力矩和控制性能良好的驅(qū)動(dòng)器，這對(duì)于USM來(lái)說(shuō)是適合的。
（3）航天中的運(yùn)用
電機(jī)在低溫和真空條件下的運(yùn)行特性對(duì)航空航天的發(fā)展是極為重要的。超聲波電機(jī)具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、不受磁場(chǎng)干擾、真空下無(wú)需潤(rùn)滑油的優(yōu)點(diǎn)，是電磁電機(jī)在航空航天領(lǐng)域所不具有的。1995年末，美國(guó)航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室將直線超聲波電機(jī)用于多功能爬行系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于航天飛船外艙壁的檢查，其承載重量與自重比達(dá)10：1。利用其低速大力矩和高精度等特點(diǎn)，NASA將其用于火星探測(cè)器的輕量機(jī)械臂上，采用超聲波電機(jī)取代有刷直流電機(jī)后，Mars ArmⅡ結(jié)構(gòu)雖與Mars ArmⅠ相似，但重量減輕了40%，其主要原因是用超聲波電機(jī)能直接驅(qū)動(dòng)，另外還可大大縮小工作空間，如NASA的Calileo航天器上的濾波齒輪（Filter wheel）在使用超聲波電機(jī)前后的尺寸縮小了4倍。利用其驅(qū)動(dòng)方式靈活的特點(diǎn)，日本宇宙研究所研制了兩種直線超聲波電機(jī)用于空間伸展結(jié)構(gòu)的伸展和收縮。利用超聲波電機(jī)的響應(yīng)快等特點(diǎn)，美國(guó)和法國(guó)用于導(dǎo)彈的測(cè)控系統(tǒng)；利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可微型化的特點(diǎn)，日本研制微型超聲波電機(jī)用于微衛(wèi)星等領(lǐng)域。此外，日本和美國(guó)等國(guó)家正在進(jìn)行超聲波電機(jī)的各種研究，用于航天等軍事領(lǐng)域。由此可見(jiàn)，超聲波電機(jī)以其高轉(zhuǎn)矩重量比、快速響應(yīng)、高精度和斷電自鎖等特點(diǎn)、將在航天航空等軍工領(lǐng)域中受到愈來(lái)愈大的重視。
（4）工業(yè)機(jī)床中的應(yīng)用
由于超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)剛度大、定位精度高，它可用于工具驅(qū)動(dòng)與控制裝置以及工件的定點(diǎn)傳輸。如機(jī)床的精密進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀具的磨損調(diào)度裝置、微細(xì)電火花機(jī)的加工裝置、工件準(zhǔn)確定位與裝夾、縮緊裝置及夾具的快速調(diào)整。
（5）醫(yī)療與生物學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用
生物材料微型操作器、計(jì)量設(shè)備、微型噴嘴、沖擊發(fā)生器、腎結(jié)石破碎*、氣管超聲掃描器。許多科學(xué)儀器，醫(yī)療器械會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)或者對(duì)電磁場(chǎng)干擾具有嚴(yán)格的要求，而超聲波電機(jī)能避免這些問(wèn)題，所以可以用于核磁共振環(huán)境下設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。
（6）民用產(chǎn)品的應(yīng)用
首先由于超聲電機(jī)的安靜、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可用于壓縮機(jī)的使用上，在家電領(lǐng)域具有廣泛的用途；傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)由于在中間環(huán)節(jié)，不可避免的存在累計(jì)誤差，而超聲波電機(jī)控制性能好，體積小，可用于精密控制，如電子手表；同時(shí)利用其控制精度高的特點(diǎn)，可用于IC、LSI等數(shù)控機(jī)器，印刷線路板加工、檢測(cè)，晶片遇見(jiàn)排列、焊接、封裝，半導(dǎo)體片等精密沖載。環(huán)狀壓電機(jī)可用于樓宇窗簾的自動(dòng)開(kāi)閉。

應(yīng)用領(lǐng)域
舉例說(shuō)明
光學(xué)儀器
照相機(jī)、攝像機(jī)、顯微鏡
汽車
座椅調(diào)節(jié)電機(jī)、頭靠調(diào)節(jié)電機(jī)、自動(dòng)天線電機(jī)、自動(dòng)門鎖電機(jī)、自動(dòng)窗電機(jī)、頂板調(diào)節(jié)電機(jī)、計(jì)價(jià)器電機(jī)、電子反光鏡等
航空航天
飛機(jī)飛艇等
工業(yè)控制
鏜床、磨床、機(jī)器人等
醫(yī)療器械等
生物材料微型操作器、計(jì)量設(shè)備、微型噴嘴、沖擊發(fā)生器、腎結(jié)石破碎*、器官超聲掃描器
民用產(chǎn)品
壓縮機(jī)、電子手表、IC、LSI等數(shù)控機(jī)器、印刷線路加工、檢測(cè)器、晶片元件、半導(dǎo)體片、窗簾自動(dòng)器

4應(yīng)用前景

專家預(yù)言：21世紀(jì)將是超聲電機(jī)大放光芒的時(shí)代，超聲波電動(dòng)機(jī)可廣泛應(yīng)用于OA、FA、照相機(jī)、攝像機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、汽車、家用電器等需要直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，它將有可能部分取代微型電機(jī)。自1960年前蘇聯(lián)一位科學(xué)家提出超聲波電動(dòng)機(jī)的設(shè)想以來(lái)，前西德西門子公司、AEG公司、日本松下電器工業(yè)公司、日立萬(wàn)勝公司、新生工業(yè)公司都在進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作，并達(dá)到了商品化開(kāi)發(fā)程度。
可以預(yù)計(jì)：在21世紀(jì)，為了發(fā)展我國(guó)人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈、火箭、飛機(jī)、機(jī)器人、微型機(jī)械、汽車、磁浮列車以及其他精密儀器，將需要大量的、高性能的超聲電機(jī)。超聲電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，必將對(duì)我國(guó)國(guó)防和其他國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門起著重大作用，例如：
● 21世紀(jì)，航空航天是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域之一。從國(guó)外的應(yīng)用的情況看，它必將應(yīng)用超聲電機(jī)。如納米衛(wèi)星、微型飛機(jī)、宇宙飛船和空間探測(cè)器等，應(yīng)用超聲電機(jī)，可以減少其重量，增強(qiáng)其可控性；
● 機(jī)器人和微型機(jī)械，也是我國(guó)21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域之一。超聲電機(jī)可以使機(jī)器人和微型機(jī)械簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕重量，增強(qiáng)其可控性。隨著超聲電機(jī)的微型化，微型機(jī)械可進(jìn)入人體，如作為人造心臟的驅(qū)動(dòng)器，它將會(huì)大大推動(dòng)人造器官的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；
● 21世紀(jì)，我國(guó)將要大力發(fā)展磁浮列車。磁浮列車上的強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，使得在磁浮列車上的傳統(tǒng)的電磁電機(jī)工作失效，超聲電機(jī)將大有可為；
● 未來(lái)豪華轎車上的電機(jī)之多可達(dá)80個(gè)，使汽車體積增加，電磁干擾增強(qiáng)。應(yīng)用超聲電機(jī)，由于不需齒輪箱從而大大降低其體積；由于超聲電機(jī)不產(chǎn)生磁場(chǎng)而使汽車的電磁兼容性得到大大改善。汽車上的中央門鎖、門窗玻璃的升降，前視鏡和雨刮器等，均可用超聲電機(jī)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁電機(jī)；
● 隨著掌上計(jì)算機(jī)，可視電話電視、手提式儀器等的發(fā)展，微型超聲電機(jī)將可得到廣泛應(yīng)用。超聲電機(jī)將使這些微型儀器降低重量和體積，減少其能量損耗；
● 超聲電機(jī)的位置定位精度很高，直線分辨率可達(dá)納米級(jí)，旋轉(zhuǎn)分辨率可達(dá)角秒級(jí)。超聲電機(jī)將會(huì)在一些精密儀器、醫(yī)療設(shè)備以及半導(dǎo)體制造技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。
● 超聲電機(jī)的響應(yīng)速度快，達(dá)到ms級(jí)。往復(fù)響應(yīng)頻率能夠達(dá)到1KHz / ° 以上。再結(jié)合角秒級(jí)的角分辨率，能夠在航空航天等高科技領(lǐng)域，用來(lái)實(shí)現(xiàn)快速掃描、凝視和多目標(biāo)定位、動(dòng)態(tài)開(kāi)度控制等等。