超声马达

        超声马达（Ultrasonic Motor，简称USM）是20世纪80年代发展起来的一种新型马达，是一种基于压电材料的逆压电效应而开发出的能够把电能转换为机械能输出的新型直接驱动电机。近十年来，USM产业化和实用化的蓬勃发展，在一定程度上已经开始代某些小型电磁马达，具有十分良好的应用前景。
       USM由定子(振动体)和转子(移动体)两部分组成，其定子由弹性体和压电陶瓷构成， 转子为一个金属板。定子和转子在压力作用下紧密接触，为了减少定、转子之间相对运动产生的磨损，通常在二者之间(在转子上)加一层摩擦材料，借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力。它利用压电陶瓷的逆压电效应，激发弹性体在超声频段内发生微幅振动，通过定、转子之间的摩擦作用将定子的微观振动转换成转子的宏观运动，并输出功率和驱动负载。 USM突破了传统电磁马达的观念，没有了线圈与磁铁，不依靠电磁的相互作用来转换能量，因此，USM相比于传统的电磁马达，具有拔地倚天的优势：
1）低速运转时能产生较大的转矩
       由于USM是依靠移动体与振动体体之间的摩擦力来驱动的，所以静止时能保持较大的力矩。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。因此，USM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。
2）具有极高的位移精度
       由于USM可以直接驱动，因而它可以达到纳米级运动。
3）不受磁场干扰的影响
       USM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。
4）功率密度大、体积小、重量轻、结构紧凑
       在同功率条件下，USM的尺寸可以做得很小，能满足电机微型化的要求。
5）动态性能好，响应时间快，能断电自锁，易于调速、转向和控制
       USM是靠振动摩擦力来驱动的，因而移动体可以做得非常轻小，使得其运行惯性小，动态响应时间快。
6）结构形态灵活，设计自由度大，易满足各种装置的需求
       由于产生接触而椭圆运动的方法很多，而电机形状主要是依赖于响应的接触方法，故USM的结构可以多种多样，形状设计自由度大，易于达到所用装置的要求。
7）运行无噪声
       USM的振动频率高于我们耳朵所能感受的范围，低速时能产生很大的转矩，无需齿轮减速机构，因而机械振动声很小，故电机运行非常安静。

       虽然USM相对传统电磁马达有无可比逆的优点，因其构造特性以及材料特性，使得USM也有一些使用上的限制：
1）不适合高速运转
       USM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。
2）使用寿命较短 
       因USM是利用摩擦驱动的方式运转，有摩擦势必会产生磨耗，长期下来摩擦接口会变得越来越光滑，所能产生的摩擦力也跟着变小，所以使用寿命相对电磁马达短。
3） 定速控制的设计较为复杂  
       USM内部的温度与摩擦接口的摩擦系数会随着操作时间及温度而改变，因此，若用USM来达到精密的速度控制时，需要比传统的电磁马达更为复杂的控制设计才能够达成。
4）成本较高
       USM的定子采用压电陶瓷材料，但是目前的压电陶瓷材料价格较高。此外，还需要配合使用较好的摩擦材料以及高频的驱动器来使压电陶瓷产生高频振动，而良好的高频驱动器在设计上较为复杂，价格也偏高。因此，USM的价格比传统的电磁马达价格高。
基于上述USM的特点，在某些场合，如低转速时要有高转矩输出、间歇性的运动、空间形状受限制、安静以及其它特殊需求的场所，使用超声波马达会比电磁马达更为合适。目前USM在照相机、手表、汽车、医疗设备、航天工业、精密定位设备、机器人、微型机械等领域里得到了成功的应用。例如：日本Canon公司将超声波电机用于其EOS620/650自动聚焦单镜头反射式照相机中；欧洲将超声波电机用于实验平台及微动设备，如1986年获Nobel物理学奖的扫描隧道显微镜(STM)；美国在宇宙飞船、火星探测器、导弹、核弹头等航空航天工程中也都陆续应用了超声波电动机。在未来，超声波马达甚至有可能取代部分的微、小型电磁马达。

 文章源自网络
观点仅代表作者本人，不代表本站立场。