超声波电机是一个典型的机电一体化产品,由电机本体和控制驱动电路两部分组成。产品涉及到振动学、波动学、材料学、摩擦学、电子科学、计算技术和实验技术等多个领域。超声波电动机打破了由电磁效应获得转速和转矩的传统电机的概念。
与传统的电机不同,超声波电机无绕组和磁极,无需通过电磁作用产生运动力。一般由振动体(相当于传统电机中的定子,由压电陶瓷和金属弹性材料制成和移动体组成。在振动体的压电陶瓷振子上加高频交流电压时,利用逆压电效应或电致伸缩效应使定子在超声频段产生微观机械振动。并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成旋转或直线型运动。
实现超声波驱动有两个前提条件:首先,需在定子表面激励出稳态的质点椭圆运动轨迹;其次,将定子表面质点水平方向的微观运动转换成转子的宏观运动或平动。
第一个前提条件对应着机电能量转换,利用逆压电效应由电能转化成机械振动能:
第二个前提条件对应着运动形式转化,往往通过定转子间的摩擦力来实现,近年来亦有通过气体或液体为中间介质接触为非接触型超声波电机,也称为声悬浮超声波电机。
最后从三阶微控超声电机的工作原理可见,其正常工作离不开两个能量转换作用:机电转换作用和摩擦转换作用。当然要保证大力矩输出、止动性好,必须满足的条件就是有效足够的机电转换作用和有效稳定的摩擦转换作用。