超聲電機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用

超聲電機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用摘要：回顧了超聲電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用情況，敘述了超聲電機(jī)的特點(diǎn)，總結(jié)了超聲電機(jī)的分類方法，指出了超聲電機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)我國(guó)超聲電機(jī)技術(shù)開發(fā)和研究現(xiàn)狀，提出了我國(guó)超聲電機(jī)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中亟待解決的一些關(guān)鍵問題。關(guān)鍵詞：超聲電機(jī);壓電材料;摩擦驅(qū)動(dòng);精密定位中圖分類號(hào)：TM359.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADevelopmentandApplicationofUltrasonicMotorsAbstract:Thedevelopmenthistoryandtheapplicationoftheultrasonicmotorarereviewed,anditscharacteristicsarealsosummarized.Amethodforclassifyingtheultrasonicmotorisproposed.Thedevelopmenttrendsofthemotorispointedout,Somekeytechnicalproblems,whichhavetobesolvedintheindustrilizationprogressofthemotor,arepresentaccordingtotheresearchactualityinourcountry.Keywords:ultrasonicmotor;piezoeletricmateria;frictionactuating;precisionpositioning引言自1980年日本學(xué)者指田年生成功地制造出第一臺(tái)駐波型超聲電機(jī)至今，各種類型和結(jié)構(gòu)的超聲電機(jī)不斷地被研制，其性能指標(biāo)也越來越接近實(shí)際工程應(yīng)用的需要。到上世紀(jì)90年代，隨著MEMS技術(shù)成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，超聲電機(jī)中的微型超聲電機(jī)也逐漸成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。超聲電機(jī)(ultrasonicmotor,簡(jiǎn)稱USM)是一種全新概念的微特電機(jī)。它的工作原理是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng),激發(fā)彈性體在超聲頻段內(nèi)微幅振動(dòng),并通過定子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦作用將其轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子(動(dòng)子)的旋轉(zhuǎn)(直線)運(yùn)動(dòng)。微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的一個(gè)基本特征是，“尺寸在毫米到微米的范圍內(nèi)，區(qū)別于一般的宏，即傳統(tǒng)的、大于1cm尺度的機(jī)械，但并非進(jìn)入物理上的微觀層次”[1]。MEMS的驅(qū)動(dòng)器作為機(jī)械系統(tǒng)的核心動(dòng)力源是其研究的重點(diǎn)和突破點(diǎn)。微型超聲電機(jī)不僅結(jié)構(gòu)靈活，而且更能滿足MEMS對(duì)電機(jī)的輸出力矩以及輸出功率要求，它是新穎的，也是最具發(fā)展?jié)摿Φ奈⑿万?qū)動(dòng)器。事實(shí)證明，微型超聲電機(jī)在航空航天、半導(dǎo)體工業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域已經(jīng)起到了電磁電機(jī)、靜電電機(jī)等不可替代的作用[2]。競(jìng)就目前的研店究現(xiàn)狀來說陜,超聲電機(jī)艷是諸類新型里電機(jī)中技術(shù)師較為成熟的資一種,并且社在許多領(lǐng)域淹已經(jīng)得到了蒜實(shí)際應(yīng)用。慮本文將綜述冤超聲電機(jī)技吵術(shù)的發(fā)展歷層史、特點(diǎn)、港分類和應(yīng)用失情況,最后決針對(duì)我國(guó)超扛聲電機(jī)的研樓究現(xiàn)狀提出量幾點(diǎn)亟待解需決的關(guān)鍵問碼題殼。親超聲電機(jī)的劉特點(diǎn)止與分類白2敏.1摟晌超聲電機(jī)的援特點(diǎn)驕由于超聲電涌機(jī)具有全新彎的原理和結(jié)毯構(gòu),因而它持與傳統(tǒng)電磁世型電機(jī)比較像具有許多特是點(diǎn)。a)優(yōu)點(diǎn):悅1)結(jié)構(gòu)緊列湊,設(shè)計(jì)靈塔活、轉(zhuǎn)矩密偉度(轉(zhuǎn)矩/塵質(zhì)量比)大挑,可以實(shí)現(xiàn)漠電機(jī)的短、缸小、薄。超孝聲電機(jī)的轉(zhuǎn)裝矩質(zhì)量比可仰以達(dá)到傳統(tǒng)飽電磁電機(jī)的施5-井10。舅2)低速大雪轉(zhuǎn)矩,無需痛齒輪減速機(jī)鴉構(gòu),可實(shí)現(xiàn)描直接驅(qū)動(dòng)。朝3)電機(jī)運(yùn)聯(lián)動(dòng)部件(轉(zhuǎn)進(jìn)子)的慣性孕小,響應(yīng)快環(huán)(毫秒級(jí))莫。斷電自鎖頃,且具有較礦大的保持力債矩。避4)位置和辜速度控制精辣度高,位移視分辨率高,總響應(yīng)快。瓦5)不產(chǎn)生仇磁場(chǎng),不受殼外界磁場(chǎng)干惡擾。橫6)低噪聲借運(yùn)行,噪聲柳在披45臭dB以下(著距離電機(jī)軸答端100m箏m處測(cè)量)材。抓7)如果設(shè)片計(jì)合理,壓脆電材料和摩議擦材料選用乘適當(dāng),則可暈在真空、高形/低溫環(huán)境等等極端環(huán)境瞞下工作。b)缺點(diǎn):捉1)功率輸躺出小,效率針較低。超聲血電機(jī)工作時(shí)桶存在兩個(gè)能扣量的轉(zhuǎn)換過鄉(xiāng)程:一是通售過逆壓電效僚應(yīng)將電能轉(zhuǎn)左換為定子振愁動(dòng)的機(jī)械能頓;二是通過紹摩擦作用將疾定子的微幅珍振動(dòng)轉(zhuǎn)化為嬌轉(zhuǎn)子(動(dòng)子椅)的宏觀運(yùn)佩動(dòng)。這兩個(gè)進(jìn)過程都存在支著一定的能季量損耗,特蛇別是第二個(gè)趙過程。因此傾,超聲電機(jī)公的效率較低歸,輸出功率嫩小于50W陶。則2)壽命較然短,不適合鍋于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)籮的場(chǎng)合。陽3)對(duì)驅(qū)動(dòng)米信號(hào)的要求題嚴(yán)格,且成務(wù)本較高超聲退電機(jī)的特點(diǎn)凱【3】翠。盯2吹.局2吼辯超聲電機(jī)的使分類鞭超聲電機(jī)設(shè)抵計(jì)靈活、結(jié)及構(gòu)多樣,目脆前尚無統(tǒng)一朝系統(tǒng)的分類姐方法。掀按在波的傳播方騰式狹分為簽行波型、駐穩(wěn)波型蕉；按辣運(yùn)動(dòng)輸出方犬式舟分為蒜旋轉(zhuǎn)型、直洋線型圓；按據(jù)定、轉(zhuǎn)子的匹接觸方式卸分為進(jìn)接觸式、非招接觸式女；按碌壓電元件對(duì)電定子的激振鋒方式謠分為醬共振式、非湖共振式改；按捆轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的床自由度數(shù)糧分為碗單自由度、善多自由度較；按蚊驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的振雅動(dòng)位移方向嬸相對(duì)于定子寸工作表面的索幾何關(guān)系擺分為嚼面外模態(tài)、標(biāo)面內(nèi)模態(tài)齡；按償定子的結(jié)構(gòu)點(diǎn)形式撐分為聾板式、環(huán)式據(jù)、桿式泥。趙淳生院螞士恰認(rèn)為,超聲鼠電機(jī)是一個(gè)講振動(dòng)利用的富典型扭例子,以其爸振動(dòng)的特征均來進(jìn)行分類拴能較好地反灰映出超聲電蟻機(jī)的特點(diǎn)。敗按照這樣的鍵分類方法,金從現(xiàn)有的超循聲電機(jī)來看浩,主要有五倆類,即:縱召振電機(jī)、縱盈/彎電機(jī)、扭縱/扭電機(jī)已、彎/彎電全機(jī)和基于面捕內(nèi)振動(dòng)模態(tài)依的超聲電機(jī)放【3】全。障超聲電機(jī)的作研究現(xiàn)狀脊以下是對(duì)旋宵轉(zhuǎn)型和直線蘭型超聲電機(jī)銷的研究狀況擺作一些大致議概括。醒3外.1粉誼旋轉(zhuǎn)型型超聲電機(jī)的才研究現(xiàn)狀寒3容.1.1族巧基于IC工州藝的微型超左聲電機(jī)蘭1989年蓄加州大學(xué)伯封克利分校的比R玩.羨M弱.郵Moron嶼ey分別觀黑察到了在I帝C工藝制造惰的硅膜上的輕多晶硅體的券直線運(yùn)動(dòng)和顏旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)貸[4]侄。1992沸年麻省理工獄學(xué)院Ani除taM進(jìn).柱Flynn她等在2伐.命2朗mm哄×黨2培.念2職mm的氮化宋硅薄膜上沉紅積晃20續(xù)nm厚的T果i層,然后勿沉積暮460避nm的Pt濃層做為底層狐電極,再用黑溶膠-凝膠澆法沉淀PZ菊T薄膜并覆何蓋金膜作為裹頂層電極,車制作出微型咬行波超聲電斬機(jī)腹[5]梨,定子的外吳徑為秤2優(yōu)mm,內(nèi)徑賞為1榆.抄2mm。鋼平面內(nèi)的電撐極分區(qū)如圖診1所示。每制片電極激發(fā)示出1/4波烏長(zhǎng)的駐波,域通過施加圖倆1所示相位辜的激勵(lì)電壓博,在薄膜面貸內(nèi)可以激發(fā)愁出兩個(gè)波長(zhǎng)責(zé)的行波,從服而推動(dòng)放置失在薄膜面上海的透鏡轉(zhuǎn)動(dòng)圾。電機(jī)的轉(zhuǎn)崇速范圍為1士00擁-定3兼00擇r/min稿。埋1993年木瑞士學(xué)者G愉.斃-A石.牲Racin務(wù)e等應(yīng)用I屋C技術(shù)與傳圖統(tǒng)加工工藝久的結(jié)合制造悼出另一種駐約波驅(qū)動(dòng)型超取聲電機(jī)姥[6]拍。該電機(jī)的暴基本結(jié)構(gòu)如諷圖2所示。孩宮講圖桌1己昌PZT畫分區(qū)停到叔旅穩(wěn)持更圖稠2博圖存彈性葉片微咐電機(jī)的驅(qū)動(dòng)股機(jī)理栗IC工藝制巴造的微型電清機(jī)尺寸小,?？梢园央姍C(jī)毀與驅(qū)動(dòng)控制看電路很好的斷集成起來,賠但工藝過程溫較復(fù)雜。采浙用薄膜定子卡時(shí)電場(chǎng)與應(yīng)驢力場(chǎng)的耦合錄問題給理論溝分析帶來了主很大的難度忽,電機(jī)的輸赤出性能很難究得以保證斤[7]攤。婦3己.1.釣2腔搭利用懸臂梁令結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的諒微型超聲電眉機(jī)幕為了進(jìn)一步鉛簡(jiǎn)化電機(jī)的割結(jié)構(gòu),19白98年日本硬新生公司的優(yōu)研究人員K捎.轟Tani和帥M切.潛Suzuk創(chuàng)i等開發(fā)出伸一種利用懸修臂梁的伸縮笨和彎曲模態(tài)滑的新結(jié)構(gòu)電盯機(jī)荷[8]第,其工作原剛理如圖3所征示。乞圖踏3秩懸臂梁端碗面質(zhì)點(diǎn)橢圓滑運(yùn)動(dòng)軌跡河在陶瓷片的類上下表面施毫加交變電壓膨,由于壓電旗陶瓷的d3外1效應(yīng)會(huì)導(dǎo)級(jí)致陶瓷片長(zhǎng)獨(dú)度方向的伸支縮;在陶瓷握片與梁的接改觸面的剪切拿力對(duì)梁中性覆層的彎矩同支時(shí)又會(huì)激發(fā)潮懸臂梁的彎套曲振動(dòng)。對(duì)本于懸臂梁的忠端面質(zhì)點(diǎn)而價(jià)言,水平方斤向與豎直方生向的運(yùn)動(dòng)合叫成了質(zhì)點(diǎn)的藝橢圓運(yùn)動(dòng)軌飾跡。電機(jī)的送結(jié)構(gòu)如圖4聰所示湯[7]疼。半圖間4客懸臂梁結(jié)臥構(gòu)的微電機(jī)熊3董.癢1.墾3首異利用柱體彎杏曲模態(tài)的微徒型超聲電機(jī)疑1998年慨東京大學(xué)T班akesh形iMor碰ita利用桂水熱法在金齡屬體表面沉促積壓電薄膜敏的方法研制蛙出一種高瀉性阿能的微型超燥聲電機(jī)播?？?001年掘清華大學(xué)周滔鐵英教授課疤題組成功研歸制出直徑為尊1閣mm、長(zhǎng)解5括mm的微型保超聲電機(jī)擱【9】咐,成為當(dāng)今拼世界上最細(xì)禿微的超聲電蛾機(jī),其結(jié)構(gòu)儉如圖淡5繼所示。在壓保電陶瓷柱的寬頂部粘結(jié)定說子帽的結(jié)構(gòu)門設(shè)計(jì),使整仗個(gè)電機(jī)加工經(jīng)工藝大大簡(jiǎn)順化。脾圖潤(rùn)5李微型壓電伯柱電機(jī)灑2002年賠賓州大學(xué)B里urhan妥ettin指Koc又幼研制出一種汗利用中空金洽屬柱體彎曲掛模態(tài)的微型續(xù)超聲電機(jī),鹿其電機(jī)定子萍的結(jié)構(gòu)如圖身6敏所示柜【7】顯。犯圖邪6腸中空結(jié)構(gòu)竊的微電機(jī)洗3籃.肆2川幣直線青型屈超聲電機(jī)的央研究現(xiàn)狀專自80年代棵開始,國(guó)外酬一些從事超誓聲電機(jī)技術(shù)商研究的學(xué)者罰和科研機(jī)構(gòu)劣就著手直線塊超聲電機(jī)的圣研究。其中燦,日本在這蘋方面的研究診一直走在世汪界前列,它曠掌握了世界玻上大多數(shù)超雪聲電機(jī)技術(shù)化發(fā)明專利,射已研制出多座種型式的直鐵線超聲電機(jī)彎【10】專。美國(guó)、德叨國(guó)、法國(guó)、彎英國(guó)等都不亭甘落后,他陡?jìng)兗航?jīng)或正佳在投入大批離的人力、物劈力開發(fā)超聲怖電機(jī),努力哨追趕日本。萄特別是美國(guó)滿,MIT、漲Penny水syvan芬ia州立大隱學(xué)著名的智窩能材料研究我所也開始從娘事壓電材料王和超聲電機(jī)勿的研究,還著有NASA怠設(shè)在加州理用工的JPL糠實(shí)驗(yàn)室等。原在德國(guó),有偉Unive匆rsity言ofP剩aderb肺orm,D法armst啄adt縫以Unive夕rsity徒ofTe窯chnol蹦ogy等都任在研究超聲偽電機(jī)。在英刪國(guó),Uni攜versi褲tyof陜泛Cambr蛾idge的券工程詞系也在對(duì)超抹聲電機(jī)進(jìn)行鳴研究和開發(fā)晌,EMS公委司已開始小輩批量生產(chǎn)。暫在法國(guó),有引Besan蛙con逢毛Unive治rsity洗等大學(xué)正在籠開發(fā)和研究嘗超聲電機(jī)。蓮其他,如意眨大利、瑞士片、新加坡、棉中國(guó)香港、柄中國(guó)臺(tái)灣等妨地的大學(xué)也劑都相繼研究椒和開發(fā)超聲銀電機(jī)銳【11】吧。享最早的直線閱超聲電機(jī)是慨行波型直線蠅超聲電機(jī)遺【12】身。1982露年日本學(xué)者張指田年生提煙出了兩種行罷波型直線超篩聲電機(jī),一簡(jiǎn)種是直梁式貸,另一種是淡環(huán)梁式。鵝直梁式案由直線軌道遷與兩端分別敞用于激振和孕吸振的蘭杰秧文振子組成肝。利用軌道籠中產(chǎn)生單一企行波來驅(qū)動(dòng)膊移動(dòng)體,其碌驅(qū)動(dòng)機(jī)理與花行波旋轉(zhuǎn)型漠USM相同鎮(zhèn),通過交換絨激勵(lì)振子和務(wù)吸收振子的殘功能,可以腎方便地改變麥滑塊移動(dòng)方錯(cuò)向,但是由村于發(fā)射端的翻發(fā)射振子要鍋激勵(lì)整個(gè)傳奶動(dòng)棒,只有寧很小的部分拼是用貓來黃驅(qū)動(dòng)移動(dòng)塊育,所以其效筑率只有3%慣左右,單位腔力密度值極曠小。Mhe要rmann辯、W.語Schin井kothe毀等于199增8年制作了蓄利用定子環(huán)叨面內(nèi)彎曲模佩態(tài)工作,用度粘貼在環(huán)形樹梁下面直梁農(nóng)段處內(nèi)側(cè)的追壓電陶瓷激羽勵(lì)出定子表箭面行波的環(huán)淹形行波直線線超聲電機(jī)。謊國(guó)內(nèi)南航的濱胡偉等人在羊1996年當(dāng)成功研制了踩單梁式行波紋型直線超聲蘋電機(jī),并對(duì)矛其運(yùn)動(dòng)機(jī)理該作了初步探授討。清華大畜學(xué)的周鐵英釋等人也從自踢校正理論的飛角度對(duì)該電給機(jī)進(jìn)行了研王究,并取得灣了可喜的成語績(jī)。但總的版來看,該種趕結(jié)構(gòu)的電機(jī)原輸出驅(qū)動(dòng)力受很小,效率越非常低而且純體積較大,褲結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)適雜。由此可蛇見,行波方持式不太適合越直線型超聲認(rèn)電機(jī)。因此慈,目前直線盾超聲電機(jī)研鉛究和應(yīng)用多散轉(zhuǎn)向駐波型場(chǎng)直線超聲電若機(jī)。饞?cǎi)v波直線超價(jià)聲電機(jī)可分翁為有單一模賴態(tài)、復(fù)合模揚(yáng)態(tài)及模式轉(zhuǎn)爽換型等,其染驅(qū)動(dòng)原理是劑:在定子上禮加工出齒,煙齒頂端點(diǎn)的席軌跡也為橢找圓,依據(jù)定幕子齒相對(duì)駐惑波位置的不御同而形成左禮斜向上或右博斜向上的碰雁撞力,推動(dòng)痛定子作單向犧直線運(yùn)動(dòng)誕。磁在娛1988-車1989年蔽間,日本富盛川義郎等人編先后研制了驅(qū)單足式駐波凍型直線超聲些電機(jī)和平板大型直線超聲下電機(jī);上羽酒貞行研制出筍利用四組縱比振壓電陶瓷繁片分別用于琴產(chǎn)生縱向和獄橫向振動(dòng)的廳雙足式直線嫁超聲電機(jī);季隨后,大西長(zhǎng)一正提出了砍π駝型直線超聲街電機(jī)(見圖且7矮),該種電扔機(jī)已被日本豆的SUN-飲SYU公司澇成功應(yīng)用于月X-Y定位輪儀上。20粘01年,日往本東京技術(shù)滲學(xué)院的Ch汪eol-H耍oYun賢等人研制出驅(qū)了一種圓柱雷形縱彎復(fù)合陡型多端子直糕線超聲電機(jī)減,該電機(jī)利猛用一階縱振受和二階彎振興在端子端部很產(chǎn)生橢圓運(yùn)拖動(dòng)來驅(qū)動(dòng)。姨與此同時(shí),蘭新加坡南洋貴理工大學(xué)的東Lim等人風(fēng)研制了一種來利用矩形板鉆的B(5,誰0)和B黎(6,0段)模態(tài)來驅(qū)谷動(dòng)電機(jī),實(shí)川現(xiàn)滑塊的正悠向和反向運(yùn)幕動(dòng),試驗(yàn)測(cè)兵得其輸出特只性類似直流庸電磁電機(jī)(朋見圖富8吉)。韓國(guó)的腎Yongr突aeRo碑h,Ja贏ehwaK蘭won蹤等人于20特04年研制益出一種由金在屬矩形板和京四片壓電片現(xiàn)組成的復(fù)合妻定子型駐波腿直線電機(jī),逼其上下表面印各粘貼兩片洗壓電片且彼鹿此間隔1/椒4波長(zhǎng),極盜化方向相反獲,依靠相位俗相差90主°童的駐波來形英成橢圓運(yùn)動(dòng)賣[13]沸。揀圖裝7然日本大西太一正設(shè)計(jì)的輔π侮型直線超聲嚴(yán)電機(jī)谷圖診8統(tǒng)南洋理工記大學(xué)研制的倍雙向駐波直崗線電機(jī)違在國(guó)內(nèi),南許京航空航天斬大學(xué)首次提流出了一種新顫型二自由度返的直線超聲福電機(jī),利用緩振子的一階惠縱向振動(dòng)模爸態(tài)和二階彎乒曲振動(dòng)模態(tài)驢工作;隨后搏又研制了多陵種類型的直睜線超聲電機(jī)夏,如圓柱體自彎曲型行波紗超聲電機(jī)、瓶縱扭復(fù)合型茶超聲電機(jī)、酬駐波型自校爽正超聲電機(jī)返、基于矩形悼壓電陶瓷薄艷板面內(nèi)歌振灰動(dòng)的直線型存超聲電機(jī)等集。圖級(jí)9呼為利用矩形合薄板面內(nèi)振被動(dòng)的直線電慮機(jī)。矩形壓怠電陶瓷薄板漁的上部粘貼庫一矩形突起訊物,利用矩任形板的一階已縱振和二階編彎曲來形成樹橢圓運(yùn)動(dòng),奔運(yùn)動(dòng)推桿和事突起物的頂金部通過預(yù)壓咸力緊密接觸白,突起物通斑過它與運(yùn)動(dòng)取推桿之間的蛙摩擦力來帶請(qǐng)動(dòng)運(yùn)動(dòng)推桿赤作直線運(yùn)動(dòng)槍。1993塞年,清華大祖學(xué)研制了國(guó)趁內(nèi)第一臺(tái)由熄兩個(gè)超聲箝愛位器、一個(gè)琴驅(qū)動(dòng)器、一遷根導(dǎo)軸組成忘的直線蠕動(dòng)謊式超聲電機(jī)綱,并成功應(yīng)再用于微細(xì)電船火花加工裝恒置的伺服進(jìn)摟給控制系統(tǒng)慧;199型4年,又在少國(guó)內(nèi)研制出狐了一種利用痛電流變效應(yīng)叛來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)壁功能的新型國(guó)壓電步進(jìn)直沸線型超聲電殘機(jī);隨后又買成功研制出迫應(yīng)用于微動(dòng)抬臺(tái)的超聲電右機(jī)、直徑為視12.像6mm的亞縱扭復(fù)合型杯超聲電機(jī)、史雙定子中空晚環(huán)形行波超城聲電機(jī)、縱突彎型直線電瓣機(jī)、直徑為蔥1談mm壓電柱熔彎曲微型超培聲電機(jī)、定霸子直徑為巡10齡mm的搖頭稍型彎曲超聲冠電機(jī)等,定隱子直徑裂10自mm的搖頭羊型彎曲超聲搶電機(jī)可替換僚佳能相機(jī)中蠢的相應(yīng)電機(jī)尿。其中,直反徑奇1禾mm的彎曲維旋轉(zhuǎn)電機(jī)樣符機(jī)是目前國(guó)診際上直徑最輛小的超聲電窩機(jī)(見圖棄10稿)決【13】蜜。激圖柿9搞基于矩形企薄板面內(nèi)振醫(yī)動(dòng)的直線超增聲電機(jī)平圖腦10煎清華大學(xué)負(fù)研制的世界翁上直徑最小異的超聲電機(jī)捐與此同時(shí),擔(dān)哈爾濱工業(yè)苗大學(xué)、天津圈大學(xué)、華中自科技大學(xué)、賺浙江大學(xué)、粒上海大學(xué)等奸也相繼開展落了直線超聲蹄電機(jī)的研究偏工作。19甜97年,哈狀爾濱工業(yè)大談學(xué)研制出雙賤邊驅(qū)動(dòng)的雙漫足式駐波直示線超聲電機(jī)割。1998洞年,華中理且工大學(xué)對(duì)單來π放型電機(jī)進(jìn)行新了改進(jìn),研闖制了一種雙驗(yàn)π偉型直線超聲露電機(jī),改進(jìn)勞后的雙蹈π嗚型結(jié)構(gòu)集振隆動(dòng)體和移動(dòng)毅體于一身,義并由磁場(chǎng)提片供預(yù)應(yīng)力,蜂采用12層乓的層疊壓電鍵陶瓷激振,級(jí)該電機(jī)驅(qū)動(dòng)拉特性曲線呈回線性,即外家施電壓幅值患和壓電體振尖幅,進(jìn)而與意電機(jī)速度成食正比。同時(shí)告,天津大學(xué)至利用壓電振雞子激勵(lì)復(fù)合叛彈性材料產(chǎn)宗生傾斜振動(dòng)理,通過導(dǎo)軌介表面的反作勝用力推動(dòng)電鉛機(jī)移動(dòng),成眼功研制了一荒種復(fù)合材料趴型直線超聲走電機(jī)。20榴01年,上缸海大學(xué)研制平出了一種仿券生步行小型靜直線超聲電蠟機(jī),該電機(jī)輸采用單相電芳源驅(qū)動(dòng),便遵于無線操縱衫,無需輔助衡支持,可直夕立走,通過具切換驅(qū)動(dòng)頻淹率便可實(shí)現(xiàn)稠直線雙向運(yùn)片動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)據(jù)單,便于小慧型化,特別肆適用于微小委型機(jī)器人的廢行走驅(qū)動(dòng)較【13】瓶。較超聲電機(jī)的朗發(fā)展趨勢(shì)賤從國(guó)內(nèi)外近倚幾年的研究惡狀況來看,豎許多新型直淋線型超聲電干機(jī)以及多自勢(shì)由度超聲電換機(jī)被開發(fā)和擦應(yīng)用。除此雞以外,可以初歸納出超聲始電機(jī)還有以始下三個(gè)重要汽的發(fā)展方向覺:椒a)研制新呀型摩擦材料尾和壓電材料綠,以提高超戒聲電機(jī)的壽展命和對(duì)環(huán)境縮的適應(yīng)性至；卸b)微型化硬和集成化削；魂c)應(yīng)用于摩生物醫(yī)學(xué)工鞭程?hào)|。嫂特別需要提仰出的是,日省本Kuro疏sawa研嘩制的表面波貫超聲電機(jī)的須損耗比體波膏超聲電機(jī)更般小,效率更冊(cè)高,體積可韻以做得更小歌。目前已經(jīng)孟研制出眨4氧mm鐮×杜4鋤mm唐×蹤3追mm的表面評(píng)波電機(jī)。電啟機(jī)工作頻率滔在敗10MHz益-朋100MH捎z。當(dāng)它作驗(yàn)為步進(jìn)電機(jī)妨使用時(shí),其優(yōu)步距可達(dá)到夠亞納米級(jí)水(0.餐5nm)郊,每一步的死響應(yīng)時(shí)間可窮達(dá)巖0.2ms字。這種高分脈辨率的超聲衰電機(jī)在半導(dǎo)險(xiǎn)體工業(yè)、生覆物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)哪域有著廣闊撿的應(yīng)用前景然[3]撿。博我國(guó)超聲電取機(jī)技術(shù)產(chǎn)業(yè)隊(duì)化所需要解貫決的關(guān)鍵問鵝題鍵a)壓電材魄料的制備技疊術(shù):作為超投聲電機(jī)的關(guān)柄鍵材料之一倆,壓電元件川的性能是制走約著電機(jī)的理機(jī)械輸出特研性。目前對(duì)胃強(qiáng)電場(chǎng)、大晉功率條件下聞超聲電機(jī)對(duì)萍?jí)弘姴牧系钠磯弘娦阅?壓機(jī)械品質(zhì)、參d33)和跡力學(xué)性能(似疲勞、斷裂飄)等具體要巧求尚缺乏充漁分的理論和描試驗(yàn)研究,勸也沒有一定濕的標(biāo)準(zhǔn)。目絲前國(guó)內(nèi)從事誦超聲電機(jī)研鍛究的單位都首缺乏壓電陶層瓷材料的制再備技術(shù)和設(shè)受備,而專業(yè)零生產(chǎn)廠家又繡不了解超聲風(fēng)電機(jī)用壓電桶材料的性能宅要求。因此娛,迅速開展咸超聲電機(jī)用魄壓電材料制砌備技術(shù)的研享究迫在眉睫奉。組b)超聲電閥機(jī)的非線性便特性:超聲體電機(jī)的非線喉性特點(diǎn)主要功體現(xiàn)在大功肺率條件下壓還電材料本構(gòu)想關(guān)系、定/寇轉(zhuǎn)子之間的先接觸、驅(qū)動(dòng)秧電路等方面賓。目前對(duì)超烏聲電機(jī)及其模驅(qū)動(dòng)技術(shù)的驢理論研究尚候處在線性理誰論的框架之辟類,這些研泛究可以讓我竹們認(rèn)識(shí)電機(jī)暢運(yùn)行的內(nèi)部吹機(jī)理,但是引對(duì)超聲電機(jī)曠自身存在的翠一些現(xiàn)象(綿比如調(diào)節(jié)過獄程中電機(jī)速抬度跳躍、突匪然停轉(zhuǎn)等)丘卻無法作出谷合理的解釋卻。對(duì)于超聲表電機(jī)非線性低特性的研究蠅,建立其分衰析模型,對(duì)肌于超聲電機(jī)笛產(chǎn)品性能的外優(yōu)化具有重素要的研究意就義。霞c)超聲電至機(jī)的制造技梅術(shù):超聲電場(chǎng)機(jī)利用的是代微米量級(jí)、眼超聲頻域范板圍的機(jī)械振邊動(dòng),這使得租超聲電機(jī)具浴有定位精度扶高的優(yōu)點(diǎn),巾同時(shí)也對(duì)超拆聲電機(jī)的超費(fèi)精加工提出公了很高的要許求,尤其是庫微小型超聲屑和直線型超叛聲電機(jī)。另絹外,超聲電騙機(jī)的加工技器術(shù)、壓電陶饒瓷片的粘貼痕工藝等對(duì)于倆提高超聲電簡(jiǎn)機(jī)產(chǎn)品的一出致性和穩(wěn)定版性也至關(guān)重遠(yuǎn)要味【3】巡。結(jié)論煙2007年揉9月,在南床京航空航天倉(cāng)大學(xué)成功舉臟辦了第四屆閃“估國(guó)際壓電材哭料及其在作守動(dòng)器中的應(yīng)劑用眼”壇研討會(huì),來朋自世界各國(guó)庫的壓電材料肢和超聲電機(jī)奧領(lǐng)域的知名刃專家共聚一閣堂,分享最牧新的研究成你果。從會(huì)議稍交流情況來嘴看,與國(guó)外逃相比,我國(guó)醬的超聲電機(jī)哥技術(shù)無論在糧理論研究,仇還是在樣機(jī)宿研制上都毫科不遜色。但妻是在超聲電船機(jī)技術(shù)的應(yīng)眠用上卻與國(guó)橫外存在較大沈的差距。建繁議國(guó)家將超版聲電機(jī)技術(shù)氣研究與應(yīng)用佳列入科技發(fā)噴展規(guī)劃,加河大超聲電機(jī)見產(chǎn)業(yè)化的力令度和步伐,添在實(shí)際工程眉應(yīng)用中解決抗目前存在的獎(jiǎng)一些問題,負(fù)進(jìn)一步提高距產(chǎn)品的可靠謀性和穩(wěn)定性跨。有了政府讓部門的領(lǐng)導(dǎo)素和支持,通松過產(chǎn)、學(xué)、平研的共同努阿力,我們有疾理由相信,因超聲電機(jī)技抹術(shù)必將得到誕快速發(fā)展和降廣泛應(yīng)用,胖同時(shí)必將在評(píng)促進(jìn)我國(guó)國(guó)救防現(xiàn)代化和敲國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)聰展方面發(fā)揮穩(wěn)作用脖【3】給。參考文獻(xiàn)：均[1]虜猶李志堅(jiān).毛微電子技術(shù)揉的又一次革悶命一微電子堤機(jī)械系統(tǒng)介(MEM披S貌)況發(fā)展展望襪[J]虧.命科技導(dǎo)報(bào)，績(jī)1997(褲9)商：擴(kuò)3-5尸.臟[2]成噴趙淳生.勢(shì)世界超聲電館機(jī)技術(shù)的新透進(jìn)展惱[J]近.漏振動(dòng)、測(cè)試重與診斷，腹2004乓，拌24(1)新：著1溪-唱5瞧.廈[3]孔梅趙淳生,朱昂華刊.咳超聲電機(jī)技坦術(shù)的發(fā)展和該應(yīng)用虎[J].綜迫述與展望，冶2023記，積37(3)貧:1型-兵9描.蚊[棒4用]MOR礎(chǔ)ONEY泊RM,準(zhǔn)WHITE鑰RM,指HOWE奉RT.鏟Ultr脅a-廣sonic領(lǐng)micr逃omoto矩rs[C恩].Mon亭treal褲Cana念da:I皮EEEU寨ltra-商sonic餐Symp亭osium相,198悲9.745句-748.器[氣5諸]FLY解NNA匆M,TA舅VROW蛾LS,撐BART浮Steph偽enF,廈et窯al.P捷iezoe受lectr騾icmi怒cromo謝tors障form