超声波电机之设计及分析

1-1前言

一般人所能夠感受到聲音的頻率約介於5H2-20KHz，超音波（Ultrasonic wave）即爲頻率超過20KHz以上的音波或機械振動，因此超音波馬達就是利用超音波的彈性振動頻率所構成的制動力。

超音波馬達的内部主要是以壓電陶瓷材料作爲激發源，其成份是由鉛（Pb）、结（Zr）及钛（Ti）的氧化物皓钛酸铅（Lead zirconate titanate，PZT）製成的。

將歷電材料上下方各黏接彈性體，如銅或不銹鋼，並施以交流電壓於壓電陶瓷材料作爲驅動源，以激振彈性體，稱此結構爲定子（Stator），將其用彈簧與轉子Rotor）接觸，將所産生摩擦力來驅使轉子轉動，由於壓電材料的驱動能量很大，並足以抗衡轉子與定子間的正向力，雖然伸縮振幅大小僅有數徵米（um）的程度，但因每秒之伸縮達數十萬次，所以相較於同型的電磁式馬達的驅動能量要大的許多。

超音波馬達的優點爲：

1，轉子慣性小、響應時間短、速度範圍大。

2，低轉速可產生高轉矩及高轉換效率。

3，不受磁場作用的影響。

4，構造簡單，體積大小可控制。

5，不須經過齒輸作減速機構，故較爲安静。

實際應用上，超音波馬達具有不同於傳統電磁式馬達的特性，因此在不適合應用傳統馬達的場合，例如：間歇性運動的裝置、空間或形狀受到限制的場所；另外包括一些高磁場的場合，如核磁共振裝置、斷層掃描儀器等。所以未來在自動化設備、視聽音響、照相機及光學儀器等皆可應用超音波馬達來取代。

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