萌芽阶段(20世纪40-60年代)20世纪40年代可以将机械振动作为电机驱动力[4]这一观点由英国科学家Williams和Brown首先指出,他们由此提出了超声波电机的驱动原理,并凭借超声波电机“概念机”向专利部门申请了“压电马达(Piezoelectric Motor)”的专利,但是在当时相对落后的技术条件下,超声波电机仅仅停留在概念阶段,并未实现制造。87410
1961年,一种基于弹性力激发的振动作为驱动力的新型钟表被Boniva Watch公司制造出来 [5],在此过程中弹性力作为驱动被首次运用到实际生产,超声波电机研究的序幕被拉开。1965年苏联科学家申请了一项电机专利,该电机利用压电板振动来带动电机转子转动。1969年,英国Sanford大学的两名教授发明了一种压电体结构伺服压电电机,该电机特点在于其速度、运动形式和方向均可以改变。美国IBM公司于1973年提出了一种超声波电机模型,该型电机由压电振子、脚驱动足和转子组成。从这时候开始,超声波电机的研究才真正的到重视。
研制阶段(20世纪70-80年代)
1978年,前苏联的Vasiliev研制了一种新型超声波电机,相比较于此前的超声波电机,这种超声波电机的负载驱动能力得到大幅度的提高[6]。1980年,日本的Sashida在Vasiliev的研究基础上,提出并成功制造了驻波型(Standing Wave)振动片式结构压电超声波电机[7]。该型电机使用兰杰文振子,工作的时候频率达到了27。8kHz,电机的输入功率为90W,电机的输出转矩为0。25N·m,电机的机械输出功率达到了50W,这样的超声波电机性能已经达到当时实际生产的需要。虽然如此,这种达到实际生产需要的超声波电机却还存在一个很严重的问题,那就是电机定子和转子之间为点接触,而这样的点接触会导致电机定转子接触点磨损严重,影响电机使用寿命。于是Sashida在1982年又发明研制出了行波型(Travelling Wave Type)超声波电机,该电机采用面接触,因而良好地解决了电机磨损的问题。至此,真正达到商业运用水平的超声波电机开始出现。论文网
运用阶段(20世纪80年代以后)
1987年,Sashida成立新生工业公司,他的这家公司专门制造和销售超声波电机,最值得一提的就是将圆形行波超声波电机成功运用在EOS相机的自动调焦系统[8]中。由此,超声波电机由于其良好的性能表现以及低功耗等特点,开始在光学仪器、汽车制造、航空航天等各领域受到青睐。
不同于环形超声波电机较为悠久的研究发展历史,各国对柱体超声波电机的研究起步较晚,但到目前为止也已经出现了多种多样的结构型式。日本的MinonlKumsawa于1989年首先介绍了柱型超声波电机[9]。TakeshiMorita和PinLu等分别研究过此类电机的结构、原理和性能,而KuiYao等人于2001年介绍了一种新型柱体超声波电机,这种电机能够将电机定子的纵振动转换为弯曲振动。
近年来国内以清华大学、浙江大学、东南大学、南京航空航天大学为首的国内多家大学和研究机构都投入了大量精力对超声波电机进行深入研究,目前一大批的相关研究成果已经诞生。
清华大学的学者首先对自由-自由弯曲振动模式的柱体超声波电动机进行了深入研究并将其用于驱动二维微动台[10];东南大学的专家学者对短柱体超声波电机进行了优化设计并将其用于导弹的导引头中;南京航空航天大学超声电机研究中心研究了一种超声波电动机运动机理,不同于其他电机的两端自由,这种电机采用一段自由,另一端用底座固定的结构形式;南京理工大学王瑞霞等人于2015年提出了一种方形底座的超声波电机[11],此型电机采用自由-固支振动模式的定子结构,这种电机拥有较小的长度直径比,支撑部位也设计在定子上。