超音波電動機是利用壓電材料的逆壓電特性，激發電機定子的機械振動，通過定轉子之間的摩擦力，將電能轉換為機械能輸出，驅動轉子的定向運動。與傳統電機相比，它具有體積小、低速大轉矩、反應速度快、不受磁場影響、保持力矩大等優點，成為國內外在微型電機方面的研究熱點。
基本介紹
- 中文名：超音波電動機
- 外文名：Ultrasonic motor
- 特性：壓電材料的逆壓電
- 特徵：體積小
簡介,區別,分類,壓電效應,
簡介
超音波電動機是利用壓電材料的逆壓電特性，激發電機定子的機械振動，通過定轉子之間的摩擦力，將電能轉換為機械能輸出，驅動轉子的定向運動。與傳統電機相比，它具有體積小、低速大轉矩、反應速度快、不受磁場影響、保持力矩大等優點，成為國內外在微型電機方面的研究熱點。
區別
與電磁式電機相比，超音波電動機有兩個不同點。一是超音波電動機必須工作在超聲頻域，根據各種電機不同的結構形式，要求驅動器能夠輸出頻率在20～100 kHz的高頻電壓。二是由於壓電材料具有容性負載的特點，不同於傳統電機的感性或阻性負載，為了提高驅動電路效率，實現能量的高效轉換，使換能器獲得足夠的功率，在驅動電源和換能器之間必須增加匹配電路。
分類
1、根據驅動電路的相數分類：
驅動電路按相數可以分為單相、二相與三相電路。 超音波電動機多採用兩相輸入。超音波電動機驅動的基本原理就是產生行波，兩相驅動直接滿足了產生行波的要求，原理簡單，因此使用最為廣泛。但相對單相驅動，其電路複雜，體積較大，難以微型化，同時為了提高電機的穩定性，還需有頻率跟蹤電路，進一步增加了驅動電路的複雜性。
三相驅動的性能與兩相驅動相仿，只是它的多相驅動類型類似於電磁電動機的多磁極配置關係，有一定的參考意義，因此三相驅動的套用比較少見。
單相驅動結構簡單，有利於實現微型化。特別是基於自激振盪原理的單相驅動器，在壓電振子共振頻率漂移時，可以自動調節信號的頻率，大大簡化了驅動控制電路 。
日本學者將此技術套用到手錶中，分別製作出8 mm直徑的振動鬧鐘和直徑4.5 mm日曆機芯。驅動電路為採用單相信號，僅包括兩個電容、一個壓電元件和一個放大電路，而通過改變接人驅動信號的電極即可改變電機轉動的方向。需要指出的是基於自激振盪原理的單相驅動器對電機的特性有較高要求，電機導納掃頻曲線在共振點和反共振點之間相位突變要較明顯，否則無法套用自激振盪。
2、根據採用恆壓源或者恆流源分類：
超音波電動機工作的原理是通過超聲頻段的交流電，激發附在定子上的兩相壓電陶瓷環產生振動，使定子發生較大機械變形並產生驅動力。因此，驅動器工作方式和超聲工作頻段的選擇對電機的穩定性和系統效率等問題起著重要作用。作為能量傳輸的方法，無論是恆壓源還是恆流源，它們的驅動效果應該是相近的，應該都能使定子較好的振動。超音波電動機驅動當前常採用恆壓源方式且工作在定子共振頻率附近。而近年來國內外學者研究表明，壓電材料工作在反共振頻率附近或採用恆流源 驅動具有驅動電流較小，發熱較少，穩定性好，驅動效率高等優點。因此恆流源的驅動方式正在成為研究的熱點。
研究表明較小功率輸出時，超音波電動機適宜工作在共振點(最大導納)附近且採用恆壓驅動方式；而較大功率輸出時，超音波電動機適宜工作在反共振點(最小導納)附近並採用恆流驅動方式。在實際的設計中，應按照設計要求合理選擇驅動方式。
壓電效應
壓電效應（Piezoelectric Effect）早在1880年，法國的兩位科學家——居里（Curie）兄弟，在研究石英晶體的物理性質時，發現了一種特殊的現象，這就是若按某種方位從石英晶體上切割下一片薄晶片，在其表面上敷上電極，當沿著晶片的某些方向施加作用力而使晶片產生變形後，會在兩個電極表面上出現等量的正、負電荷。電荷的面密度與施加的作用力的大小成正比；作用力撤銷後，電荷也就消失了。這種由於機械力的作用而使晶體表面出現電荷的現象，稱為正壓電效應。
