基于ANSYS的柱体摇头型超声波电机研究(2)
1.2 超声波电机的发展自从 1880 年，居里兄弟发现了压电效应一来，压电学越来越受到重视，已经在当代科学与技术中拥有一个非常重要的地位。然而当时技术的落后、材料的缺乏以及设备等原因，导致超声波电机仅仅是停留在思想上，没能出现实质性理论。直到上世纪 40 年代，超声波电机驱动方式的设计方案第一次由Williams 和 Brown 提出，并申请了历史上第一个超声波电机的专利，其结构如图1.2所示[2]，四片压电陶瓷分为 A、B两组粘贴在截面为正方形的长条弹性体的四个侧面上，对 A、B 两组压电陶瓷片分别施加两相交变电压作为激励，由于压电陶瓷的逆压电效应，就能够在长条弹性体中形成两个弯曲振动，其振动方向和频率都相同，两个振动合成后可以使长条弹性体两端生成类似椭圆型的摇摆运动，长条弹性体端部施加物体，在这种椭圆摇摆运动的驱动下，物体就能跟随其一起移动。但是当时材料和技术都相对缺乏，设备精密度不高，使得这种超声波电机模型只能停留于图纸上，没能实现。图 1.2 第一个超声波电机原理图自第一个超声波电机专利申请以来，超声波电机不断受到科学界重视，在 1973 年，IBM公司的 H.V.Barch 又提出了一种，如图 1.3[3]所示，超声波电机的方案。图中两个驱动足分别由压电体提供支撑，转子压在驱动足上方，工作时由压电体提供振动，通过驱动足将驱动传递出去，再借助摩擦力推动转子旋转。根据转子旋转要求，需要顺时针旋转时，只为左侧压电体供电，这时左侧的压电体振动带动驱动足，而右侧的驱动足禁止就能使转子顺时针转动；反之，需要使转子逆时针旋转时，为右侧压电体供电，此时右侧的压电体振动带动驱动足，而左侧的驱动足禁止。但这种电机的结构仅仅是一种原理性的方案，而且驱动足与转子之间的摩擦损耗非常大，因此并没有得到实际应用。