什麼是超聲波電機？
人耳所能聽到的聲音頻率範圍大約在20赫茲~20千赫茲之間，而超過20千赫茲以上，人耳無法辨識的頻率便稱為超聲波。
那麼究竟什麼是超聲波馬達?其基本工作原理又如何？簡單地說，利用壓電材料輸入電壓會產生變形的特性，使其能產生超聲波頻率的機械振動，再透過摩擦驅動的機構設計，讓超聲波馬達如同電磁馬達一般，可做旋轉運動或直線式移動。
通常電磁馬達運轉時我們會覺得有雜音，這是因為馬達內部結構產生振動，而振動頻率恰好在我們耳朵可以感受的頻率範圍內。超聲波馬達的振動頻率則設計在人耳所能聽到的範圍之外，所以當它運轉時我們感覺不到有聲音，因而覺得非常安靜，這是超聲波馬達一個相當重要的特色。
超聲波電機的原理
超聲電機（Ultrasonic Motor 或簡寫為USM）技術是振動學、波動學、摩擦學、動態設計、電力電子、自動控制、新材料和新工藝等學科結合的新技術。
超聲電機不像傳統電機那樣利用電磁的交叉力來獲得其運動和力矩，超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應和超聲振動來獲得其運動和力矩的，將材料的微觀變形通過機械共振放大和摩擦耦合轉換成轉子的宏觀運動。在這種新型電機中，壓電陶瓷材料盤代替了複雜的銅線圈和鐵芯。
發展歷史及現狀
超聲電機的雛形最早由前蘇聯在60年代初提出。1973年，美國IBM公司的H.V Barth博士、前蘇聯的V.H.Lavrinenko等人研製出原理性的超聲電機。80年代，日本許多科學工作者致力將美國和蘇聯的原理性樣機開發成使用的超聲電機，並於90年代初投入到商業應用。
至今，日本、美國、俄羅斯。德國競相研製各種類型和用途的超聲電機。 在國內，到目前為止，洛陽同鑄電子科技有限公司是國內為數不多的，擁有自主專利技術，集超聲波電機的研發、生產、銷售為一體的企業之一。
超聲波電機的特點
① 結構緊湊，設計靈活，轉矩密度大（轉矩密度可以達到傳統電機的5-10倍），可實現電機的短、小、薄。
② 低速大扭矩，無需齒輪減速機構，可直接驅動。
③ 響應快（毫秒級）斷電自鎖，且具有較大的保持扭。
④ 控制精度高，可達納米級。
⑤ 電磁兼容性好，無線圈，無繞組，工作時不產生磁場也不受外界磁場干擾。
⑥ 靜音，超聲電機工作頻率一般在20KHz以上，超出人的聽覺範圍。
⑦ 環境使用性強，可用於真空，高低溫，振動等環境。
與傳統電機對比
超聲電機與傳統電機相比，具有結構靈活、小型輕量、響應速度快，無噪音、低速大扭矩、控制特點好、斷電自鎖、不受磁場干擾，運動準確等優點，另外還具有耐低溫、真空等適應太空環境的特點。
首先由於質量輕，低速且大扭矩從而不需要附加齒輪等變速結構，避免了使用齒輪變速而產生的震動、衝擊與噪音、低效率、難控制等一系列問題；
其次它突破了傳統電機的概念，沒有電磁繞組和磁路，不用電磁相互作用來轉換能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應、超聲振動和摩擦耦合來轉換能量。從而實現了靜音、精確、無電磁干擾等優點，使得超聲電機技術處於電機行業最新科技之列。
超聲波電機的應用
超聲電機作為一種新型的微電機，在轎車電器、辦公自動化設備、精密儀器儀表、計算機、工業控制系統、航空航天、智能機器人等領域有著廣泛的應用前景，基於超聲電機的研究成果，國外已經成功應用於照相機的自動焦距裝置、傳送裝置、自動升降裝置、精密繪圖儀、微機械驅動器等領域。
① 光學機器
超聲電機在照相機、攝像機、顯微鏡等光學儀器的聚焦系統中作為驅動原件，能獲得理想的效果。接觸式USM具有低速大扭矩的特點，在許多應用場合中可免去減速裝置直接驅動。最典型的是應用於照相機的自動焦距鏡頭中，與採用傳統電機鏡頭相比，具有安靜、無噪音、定位精度高、調焦時間短、無齒輪減速、結構簡單等優點。光學顯微鏡的自動焦距、顯微定位、微納米計算尺，LCD等顯示平板的生產測試檢查，晶片檢查定位，消除振動系統，天文觀測儀器，自適應光學系統，微型掃描儀，基因處理，微型手術，光學鏡面調整等都可以通過運用超聲電機來實現理想的效果。
② 汽車
超聲電機用於汽車車窗的驅動裝置中，可使它體積扁小、低速大扭矩的優點發揮得淋漓盡致。它還可用於磁懸浮列車上，為使列車懸浮於軌道上，是通過超導電流產生強磁場，需要大力矩和控制性能良好的驅動器，這對於USM來說是最適合的。
③ 航天中的運用
電機在低溫和真空條件下的運行特性對航空航天的發展是極為重要的。超聲電機具有的結構簡單、重量輕、不受磁場干擾、真空下無需潤滑的優點，是電磁電機在航空航天領域所不具有的。1995年末，美國航空航天局噴氣推進實驗室首次將直線超聲電機用於多功能爬行系統，該系統用於航天飛船外艙壁的檢查，其承載重量與自重比達10：1。利用其低速大力矩和高精度等特點、NASA用於火星探測器的輕量機械臂上，採用超聲電機取代有刷直流電機後，Mars ArmⅡ結構雖與Mars ArmⅠ相似，但重量減輕了40%，其主要原因是用超聲電機能直接驅動，另外還可大大縮小工作空間，如NASA的Calileo航天器上的濾波齒輪(Filter wheel)在使用超聲電機前後的尺寸縮小了4倍。利用其驅動方式靈活的特點，日本宇宙研究所研製了兩種直線超聲電機用於空間伸展結構的伸展和收縮。利用超聲電機的響應快等特點，美國和法國用於導彈的測控系統；利用結構簡單可微型化的特點，日本研製微型超聲電機用於微衛星等領域。此外，日本和美國等國家正在進行超聲電機的各種研究，用於航天等軍事領域。由此可見，超聲電機以其大扭矩、高重量比、快速響應、高精度和斷電自鎖等特點、將在航天航空等軍工領域中受到愈來愈大的重視。
④ 工業機床中的應用
由於超聲電機結構剛度大、定位精度高，它可用於工具驅動與控制裝置以及工件的定點傳輸。如機床的精密進給機構、刀具的磨損調度裝置、微細電火花機的加工裝置、工件準確定位與裝夾、縮緊裝置及夾具的快速調整。
⑤ 醫療與生物學領域中的應用
生物材料微型操作器、計量設備、微型噴嘴、衝擊發生器、腎結石破碎治療機、氣管超聲掃描器。許多科學儀器，醫療器械會產生強磁場或者對電磁場干擾具有嚴格的要求，而超聲電機恰能避免這些問題，所以可以用於核磁共振環境下設備的驅動。
⑥ 民用產品的應用
首先由於超聲電機的靜音、體積小等優點，可用於壓縮機的使用上，在家電領域具有廣泛的用途；傳統的電機驅動由於在中間環節，不可避免地存在累計誤差，而超聲電機控制性能好、體積小，可用於精密控制，如電子手錶；同時利用其控制精度高的特點，可用於IC、LSI等數控機器，印刷線路板加工、檢測，晶片構建的排列、焊接、封裝等。
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