一、超聲波電動機與電磁式電動機的比較
(1)基礎理論。超聲波電動機是基于剛體的波動理論，利用壓電晶體的逆壓電效應實現(xiàn)電能到機械能的轉換。由于超聲波電動機的定、轉子之間沒有氣隙，其能量完全是通過剛體的變形和接觸來傳遞的，因此超聲波電動機的基礎理論是機械波動理論；電磁式電動機是基于傳統(tǒng)的電磁感應理論，其能量是通過定、轉子之間的氣?***蕕�，即电磼仾矩是由励磁磁场中的通稻i縭嗟繼宥模緣绱攀降綞幕±礪凼塹绱懦±礪邸?BR> (2)運行特性。超聲波電動機的突出優(yōu)點就是能實現(xiàn)低轉速、大轉矩的負載運行，但其缺點也比較明顯，主要是超聲波電動機是依靠機械摩擦來傳遞能量，不僅電動機的效率較低，而且使用壽命也較短。據(jù)統(tǒng)計．超聲波電動機的平均壽命大約為2∞O小時，與電磁式電動機相比，長時間工作的能力還較欠缺。
(3)控制特性。從理論上來說，目前超聲波電動機還沒有一個能準確描述其定子振動過程和轉子運動過程的數(shù)學模型。由于壓電材料的非線性、摩擦發(fā)熱、摩擦滑動和環(huán)境溫度的影響．驅動轉子的摩擦力將產(chǎn)生嚴重的非線性變化，這種變化使得精確控制電機轉速的難度大大增加。另外，由于壓電材料特性的不同，每臺超聲波電動機的驅動電源都不相同，這樣電機和電源必須一一配套，因此不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
二、超聲波電動機應用實例
盡管超聲波電動機在一些方面還不盡人意，各類標準還沒有統(tǒng)一，但是由于其特色鮮明，優(yōu)點突出，經(jīng)過二十多年的研究和開發(fā)，已經(jīng)在航空航天、機器人、精密儀器、醫(yī)療設備和影像設備諸多領域得到了重要的應用。下面介紹幾個應用實例。
1．用于機器人關節(jié)驅動
由于超聲波電動機是把壓電晶體激發(fā)的往復機械振動通過機械變換轉換成回轉運動或直線運動，壓電晶體極化的多樣性和機械變換的多樣性決定了超聲波電動機的結構豐富多彩，其功能也十分廣泛。例如，以厚度方向極化的壓電晶體對于不同的機械變換可以構成環(huán)形行波型超聲波電動機、楔形駐波型超聲波電動機和直線式超聲波電動機，應用扭振壓電晶體可以做成復合式超聲波電動機，利用徑向極化的壓電晶體也可以做成旋轉式或直線式超聲波電動機。日本****研制成功的球形超聲波電動機就是由四個定子和一個球形轉子構成，可以在兩個自由度的方向旋轉。圖9 10所示為電機研發(fā)人員期盼已久的多自由度電動機，它具有超聲波電動機的一切優(yōu)點，可以用于太空探測機器人的關節(jié)驅動。
2．用于汽油發(fā)電機的油門調節(jié)
便攜式汽油發(fā)電機屬于同步發(fā)電機，如果沒有自動調壓裝置，在工作的過程中會出現(xiàn)因為負載增加導致輸出電壓下降的現(xiàn)象。通常的解決辦法是手動加大油門，提高汽油機的輸出功率．顯然這是很不方便和很不精確的。為了實現(xiàn)發(fā)電機自動調壓的目的·就要在工作過程中引入反饋環(huán)節(jié)，并選擇調節(jié)油門的執(zhí)行機構。直線式超聲波電動機具有響應速度快、定位精度高等優(yōu)點，是調節(jié)油門執(zhí)行機構的理想選擇。
圖9 1]所示為汽油發(fā)電機自動調壓控制系統(tǒng)的結構框圖，該系統(tǒng)由直線式超聲波電動機、汽油發(fā)電機、微型計算機和A／D、D／A轉換器組成。計算機通過A／D轉換接口以一定的頻率對發(fā)電機的輸出電壓進行采樣，經(jīng)處理后發(fā)出控制指令，再通過D／A轉換接口驅動超聲波電動機直接調節(jié)油門，改變發(fā)電機的轉速，從而使輸出電壓穩(wěn)定在指定的范圍之內(nèi)。
3．用于照相機的自動調焦
環(huán)形行波型超聲波電動機產(chǎn)生驅動力的位置在圓環(huán)上，通過合理設計定、轉子，可以把超聲波電動機做成中空結構，其中空部分有各種應用，最典型就是用于照相機的自動調焦機構·如圖9 12所示。在以前的照相機中．電磁式電動機被安裝在照相機后側主體中，通過減速等一系列傳動機構才將動力傳到鏡頭，由于傳動系統(tǒng)間隙和機械慣性等影響，響應時間通常超過100μs。而現(xiàn)在將超聲波電動機直接安裝在鏡頭的外周部，對鏡頭直接驅動，無需中間傳遞，因而響應迅速，一般在數(shù)微秒之內(nèi)即可作出反應，且噪聲極小。
超聲波電動機是一種新原理、新結構的控制電機，它利用壓電晶體的逆壓電效應實現(xiàn)電能到機械能的轉換，其基礎理論完全不同于傳統(tǒng)的電磁式電動機。本章主要介紹了環(huán)形行波型超聲波電動機的基本結構、工作原理和驅動控制。
環(huán)形行波型超聲波電動機的特點就是在與壓電晶體緊密相連的環(huán)形彈性體內(nèi)激發(fā)單向運動的行波，利用行波表面質點的橢圓運動來帶動轉子轉動。這個行波是由兩路幅值相等、頻率相同、時間和空間均相差π／2的兩相駐波疊加而成的，為此需要在環(huán)形壓電晶體的極化方向上同時施加兩相時間和空間均相差π／2的交流激勵電壓。這種工作機制與兩相對稱交流繞組產(chǎn)生圓形旋轉磁場是非常相似的。
超聲波電動機必須配有專用的驅動電源，因此它是一種機電一體化產(chǎn)品。其調速控制可通過變壓、變頻和變相位差來實現(xiàn)。變頻控制可以充分利用超聲波電動機低速大轉矩、動態(tài)響應快等特點，且具有較高效率，因而成為****。變壓調速線性度較好，但低速特性較差，相位差控制可平滑調速和改變轉向 ，適用于需要柔順驅動的場合。
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