超声波电机原理

超声波电机
人耳能感知的声音频率，约由50Hz~20kHz之范围，因此超声波为20kHz以上频率之音波或机械振动。以外加交流电压做驱动源之下的压电陶瓷(Piezoelectric Ceramic) 会产生超声波的交替伸缩现象，虽然伸缩的大小仅达数微米程度，但因每秒之伸缩达数十万次，每秒可移动达数厘米。超声波电机研究均是设计以不同的方式获得屈曲弹性波(Flexure Wave)的椭圆运动，应用超声波电机的屈曲弹性波可分两类：
  1.驻波(Standing Wave) 型超声波电机，此种型式的超声波电机其转子被振动子的末端所驱动。
  2.行进波(Traveling Wave) 型超音波马达，此种型式的超声波电机其转子是由一沿着特定方向传递前进的行进波所驱动。虽然驻波型式的超声波电机具有较高的机电转换效率，然而由于行进波型式之超声波电机，可以瞬间改变方向，且体积、重量等在设计上较具弹性，故在一般应用上以行进波型超声波电机为主。
  超声波电机定子上压电陶瓷之极化排列图
  
  
  利用单压电芯片型产生屈曲弹性波之原理: (a)未加电压; (b)加负极性;(c)加正极性
  
  行进波超声波电机等效电路模型
  
  超声波电动机直线运动原理：此处使用振动材质为压电陶瓷，两个电压源以适当的间格配置。A相利用电压源Csin(wt) 驱动，此处C为电压振幅， w为角频率。又如B相电压源改为-Ccos(wt) ，进行波方向为向左(逆转)。
  
  一般而言超声波电机具有以下特点
  1.一般传统电磁马达在高转速工作时具较高的效率，但在低转速时则较低，和传统电磁电机相比，超声波电机在低转速时能够表现出较高的转换效率。
  2.不需要经过齿轮的转换，便可产生高扭力，所以可以直接驱动。
  3.具有高保持转矩，并且可以很容易达到精密的定位，当电源消失时即固定在原来之位置上。
  4.具有振动模式可选择，故可以有各种不同之形状，在设计上极具弹性。
  5.不会产生电磁干扰。
  6.安静、噪音低。
  7.结构简单。