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超声波电机市场分析:出口量增加到922.52万台。

2022年05月27日

  超声波电动机(Ultrasonic Motor缩写USM)是以超声频域的机械振动为驱动源的驱动器。由于激振元件为压电陶瓷,所以也称为压电马达。

  《中国超声波电机市场深度分析与发展战略规划报告》显示:超声电机技术是振动学、波动学、摩擦学、动态设计、电力电子、自动控制、新材料和新工艺等学科结合的新技术。超声电机不像传统的电机那样,利用电磁的交叉力来获得其运动和力矩。超声电机则是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的,将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。在这种新型电机中,压电陶瓷材料盘代替了许许多多的铜线圈。

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  超声电机设计灵活、结构多样,目前尚无统一系统的分类方法。按波的传播方式分为行波型、驻波型;按运动输出方式分为旋转型、直线型;按定、转子的接触方式分为接触式、非接触式;按压电元件对定子的激振方式分为共振式、非共振式;按转子运动的自由度数分为单自由度、多自由度;按驱动点的振动位移方向相对于定子工作表面的几何关系分为面外模态、面内模态;按定子的结构形式分为板式、环式、杆式。

  (1)环形行波超声波电机

  在弹性体内产生单向的行波,利用行波表面质点的振动来传递能量,属连续驱动方式,其基础理论和应用技术均较成熟。

  (2)小型柱体摇摆型超声波电机

  目前行波型超声波电机已有较成熟的设计方法,但该型电机在小直径(小于20mm)条件下,输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点,而且由于其结构的限制,效率也很难提高。而柱体摇摆型超声波电机采用兰杰文振子结构,机械效率高。进一步设计可实现多个不同模态之间的耦合、叠加,从而形成三自由度椭圆运动,实现一个定子驱动多自由度的运动。摇摆型超声波电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子,所以定子的直径越小,摇头振动的幅值越大,小型化(一般直径小于20mn)能更加显示出这种电机的优越性。由于该电机采用兰杰文结构,压电陶瓷不需粘接,其装配工艺容易实现自动化。所以这种电机特别适宜对电机的重量、体积、性能等方面有特殊要求的应用场合,如精密光学仪器、导弹导引头的跟随控制装置。摇摆型超声波电机的这些特点近年来在超声波电机领域备受关注。因此该型超声波电机的研究将改变超声波电机工作及运行机理,拓展开发新型超声波电机的思路。

  依据不同的应用场合,超声波电机可设计成各种不同的振动模式,其结构和种类也多种多样。按运转模式分,有直线马达和旋转马达;按超声振动波形分,有行波马达和驻波马达;按超声振动模式分,有单一模式、模式转换、多模式和旋转模式等类型;按驱动换能器分,有单一换能器和复合换能器型超声波电机等。

  驱动电路按相数可以分为单相、二相与三相电路。目前超声波电动机多采用两相输入。超声波电动机驱动的基本原理就是产生行波,两相驱动直接满足了产生行波的要求,原理简单,因此使用最为广泛。但相对单相驱动,其电路复杂,体积较大,难以微型化,同时为了提高电机的稳定性,还需有频率跟踪电路,进一步增加了驱动电路的复杂性。

  三相驱动的性能与两相驱动相仿,只是它的多相驱动类型类似于电磁电动机的多磁极配置关系,有一定的参考意义。因此三相驱动的应用比较少见。

  目前国内出口的超声波电机,以双相驱动和单项驱动为主,其中双相驱动占了较大比重。

  

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  2012-2016年间,中国的超声波电动机出口量处于逐年增加的发展态势。其出口量由2012年的586.43万台增加到2016年的922.52万台,最高增长率为2014年的29.68%。

  超声波电机主要由定子压电陶瓷和转子摩擦材料等组成,利用压电陶瓷的逆压电效应,使定子表面质点产生超声频域的椭圆形振动,通过转子和定子的接触摩擦驱动转子转动。超声波电机与电磁电机相比具有以下一些特点:结构紧凑,低速大力矩,响应快速,控制精度高,无磁场干扰,体积小重量轻,适合恶劣工作环境等。基于上述特点,超声波电机受到国内外越来越多的关注,具有广泛的应用领域,已在航空航天,武器装备,微型机器人,精密定位等领域得到了成功应用。


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