同步箝位管控与周期机械波合成之压电马达分析

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1、同步箝位管控与周期机械波合成之压电马达分析第一章绪论1.1引言随着科学技术的飞速发展，现代航空航天、生物医疗、信息电子、能源环境、精密仪器等髙科技领域和现代工业对高精密自动化控制的需求越来越大。由于压电学、微电子学、控制论、超精加工制造技术等先进学科的渗透，对各种机电系统提出了更高的要求，而传统电磁电机的发明和发展已有一百多年的历史，无论在基础理论上、还是设计方法以及制造技术上，都已经非常完善。由于工作原理及结构方面的限制，使传统的电磁电机难以满足当前航空航天、生物医疗、及其他精密仪器、电子设备等对电机提出的特殊要求。如尺寸小、低速大转矩、响应快、分辨率高、低噪声和无

2、电磁干扰等。为此，世界各国科研工以及商业公司都投入到新型电机的研究工作中，如静电电机、仿生电机、超声电机、微波电机、形状记忆合金电机以及光热电机等。在上述各种新型电机中，压电马达是其中发展较快、取得成果较多、应用较成熟，最具有生命力的一种。压电马达（PiezoelectricMotor，简称Piezomotor)是一种以压电陶瓷为激励元件，利用压电陶瓷的逆压电效应产生高频机械振动，在压电陶瓷和金属构成的定子上施加电信号，定子产生一定轨迹的机械振动进而驱动转子运动的电机。因为定子的工作频率大多在超声频率范围，所以压电马达也被称为超声马达或超声波电机，又可统称为压电致动器

3、。在20世纪80年代，压电马达技术就得到了迅速的发展，且应用日益广泛。各国科研工和商业公司都很重视对这种新型压电马达的研究与幵发。日本在压电马达方面的研究一直走在世界的前列，多数公司和几乎所有知名大学对压电马达都进行了系统理论研究和实际研发生产，因此日本掌握着世界上大多数超声电机技术的发明专利。除了日本，世界其他国家也不甘落后，在20世纪末和21世纪初，美国、德国、韩国、中国、英国、法国、瑞士等国家都开始投入一定的力量从事压电马达的研究工作，这些国家都有关于压电马达研究论文发表和超声电机产品上市，对促进压电马达的研究和应用有着重要的科学意义。1.2压电马达发展历程1.

4、2.1国外压电马达发展状况压电马达的发展历史，最早可以追溯到上个世纪40年代初。早在1942年，美国学者A.atsushita公司使用压电振子研制出了一种新型超声马达，但因为其工作频率在几十千赫兹甚至更高，振幅过小，很难获得较大的扭矩而没有得到推广。1973年，来自IBM公司的H.V.Barth成功研制出了颇具代表性的压电超声马达171，如图1.3所示。通过压电元件驱动两个角形的振子可以实现转子顺时针和逆时针两个方向的转动，其产生的力矩较大，转速较高，但因为是通过表面接触和摩擦来完成的驱动，所以寿命较低。1982年，日本的T.Sashida等人研制成功了目前使用最多的

5、行波和驻波超声马达isi，真正达到了商业应用的水平。图1.4所示的是Sashida等人研制的驻波压电马达，其工作频率为27.8kHz，输入、输出功率分别为90icroElectroMechanicalSystems，1990.Proceedings,AnInvestigationofMicroStructures,Sensors,Actuators,MachinesandRobots.IEEE.IEEE,1990:222-226.[2]MendesJ，NishimuraM,Tomizausingimpactdrivemechanism[C]//SICE'96.

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