超聲波電機是一個典型的機電一體化產品,由電機本體和控制驅動電路兩部分組成。產品涉及到振動學、波動學、材料學、摩擦學、電子科學、計算技術和實驗技術等多個領域。超聲波電動機打破了由電磁效應獲得轉速和轉矩的傳統電機的概念。
與傳統的電機不同,超聲波電機無繞組和磁極,無需通過電磁作用產生運動力。一般由振動體(相當于傳統電機中的定子,由壓電陶瓷和金屬彈性材料制成和移動體組成。在振動體的壓電陶瓷振子上加高頻交流電壓時,利用逆壓電效應或電致伸縮效應使定子在超聲頻段產生微觀機械振動。并將這種振動通過共振放大和摩擦耦合變換成旋轉或直線型運動。
實現超聲波驅動有兩個前提條件:首先,需在定子表面激勵出穩(wěn)態(tài)的質點橢圓運動軌跡;其次,將定子表面質點水平方向的微觀運動轉換成轉子的宏觀運動或平動。
第一個前提條件對應著機電能量轉換,利用逆壓電效應由電能轉化成機械振動能:
第二個前提條件對應著運動形式轉化,往往通過定轉子間的摩擦力來實現,近年來亦有通過氣體或液體為中間介質接觸為非接觸型超聲波電機,也稱為聲懸浮超聲波電機。
最后從三階微控超聲電機的工作原理可見,其正常工作離不開兩個能量轉換作用:機電轉換作用和摩擦轉換作用。當然要保證大力矩輸出、止動性好,必須滿足的條件就是有效足夠的機電轉換作用和有效穩(wěn)定的摩擦轉換作用。
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