1、壓電馬達是通過壓電體的壓電振動把電能轉(zhuǎn)化為機械能的新型換能機構(gòu)。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動可靠、反應靈敏、無電磁干擾等優(yōu)點，多年來得到了廣泛而深入的研究，新原理新結(jié)構(gòu)的壓電馬達層出不窮。但是目前研究和應用的壓電馬達多為接觸式壓電馬達，這種馬達是依靠定子和轉(zhuǎn)子間的摩擦力來驅(qū)動的，因此存在一些問題：(1)摩擦損耗會產(chǎn)生熱量，降低了馬達的工作效率和壽命：(2)定、轉(zhuǎn)子間的表面接觸限制了馬達轉(zhuǎn)速的提高，所以其應用領域受到了一定的限制。 本

2、課題圍繞非接觸壓電微馬達展開了研究工作。主要研究了定、轉(zhuǎn)子間非接觸驅(qū)動原理；利用有限元法和等效電路方法對非接觸壓電微馬達進行了理論分析和計算，優(yōu)化了馬達的結(jié)構(gòu)；通過微細加工工藝制作非接觸馬達樣機，測試了馬達的輸出性能。 以有限長桿上激勵出行波的推導為基礎，分別推導出了圓盤結(jié)構(gòu)下單組和多組壓電陶瓷在圓盤定子上激勵出行波所必須的激勵電源的相位條件。接著從非線性聲學現(xiàn)象出發(fā)，以聲流驅(qū)動和聲輻射壓力驅(qū)動為基礎分別探討了非接觸壓電驅(qū)動的機

3、理。得出在振子產(chǎn)生的邊界層內(nèi)超聲波非接觸驅(qū)動的主要為聲流驅(qū)動，而在邊界層外是由壁面行波產(chǎn)生的斜向聲輻射壓力驅(qū)動。其產(chǎn)生條件為：僅當壁面行波的前進速度大于聲速時，才能夠驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 利用有限元軟件ANSYS，基于旋轉(zhuǎn)式行波壓電微馬達，建立了圓盤型定子(包括壓電陶瓷和金屬彈性體)有限元模型，首先對定子進行模態(tài)分析，確定定子的振動頻率和相應的振型；其次在考慮壓電陶瓷的逆壓電效應基礎上，模擬定子在高頻驅(qū)動信號下的動態(tài)響應特性，探討了定

4、子的諧振頻率和位移響應特性。結(jié)果表明：隨著驅(qū)動電壓的增加，表面振幅呈隨線性增加，和實驗測出的結(jié)果吻合很好，從而驗證了有限元計算的準確性，為壓電微馬達的優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)。 通過壓電方程推導出等效電路中的力因子，得出力因子不僅與壓電陶瓷的尺寸和性能有關系，還和粘結(jié)在壓電陶瓷上的金屬薄片性能有關系。并利用等效電路模型分析了不同振動模態(tài)下壓電振子的機電耦合系數(shù)、品質(zhì)因數(shù)及其在共振頻率下的振幅。結(jié)果表明：隨著振動階數(shù)的增加，它們都隨

5、之增大。在驅(qū)動電路上，由于超聲波驅(qū)動屬于容性負載，可采用并聯(lián)或串聯(lián)一電感來進行合理的阻抗匹配，從而提高驅(qū)動器的輸出效率。 在優(yōu)化設計的基礎上，結(jié)合了UV-LIGA工藝研制了一種圓盤型非接觸壓電微馬達。對微馬達進行了調(diào)壓調(diào)速、調(diào)頻調(diào)速和調(diào)相調(diào)速測試。利用激光位移傳感器對轉(zhuǎn)子的懸浮高度進行了非接觸測量，測得在20V下三葉片轉(zhuǎn)子和六葉片轉(zhuǎn)子的懸浮高度分別達到269μM和162μm。并采用在轉(zhuǎn)子對稱的兩端施加力偶的方法來測量馬達的輸出力

6、矩，輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的增加而線性降低，當轉(zhuǎn)速為600rpm時輸出力矩約為6μN·m。 通過對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，即葉片的厚度、半徑和寬度的優(yōu)化，得到最佳的三葉片轉(zhuǎn)子和六葉片轉(zhuǎn)子的葉片寬度分別是6mm和4mm，它們的半徑都是6mm，最高轉(zhuǎn)速分別為3569 rpm和299l rpm。另外，利用定子高階振型驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)子，能明顯提高馬達的旋轉(zhuǎn)速度，但這要考慮壓電陶瓷分區(qū)極化的實際制作能力。 本課題還提出了一種新穎的基于非對稱電極驅(qū)動