1 引言

超聲波馬達又稱超聲電機(ultrasonic motor ，簡稱 USM) 20 世紀 80 年代才誕生的一種全新概念電機種類.超聲電機采用與傳統的電磁式電機截然不同的全新的原理和全新的結構形式，不需要磁鐵和線圈，而利用壓電材料的逆壓電效應激發某種特定模態的超聲振動，定子通過摩擦驅動轉子運動，從而獲得機械輸出的一種驅動器[1]

超聲波馬達的應用是壓電陶瓷發展的一個直接結果 利用外加交變電場，使壓電陶瓷交變伸縮，超聲波馬達就是利用壓電陶資的這種交變伸縮，這種伸縮振動的振幅非常小，所以超聲馬達要在諧振頻率處激發超聲波馬達的定子振動.

雖然超聲馬達的定子的振幅只有 1μm 左右，但是由于超聲振動頻率一般都在 20 kHz 以上，所以超聲波馬達也可以獲得很高的轉速.超聲電機具有扭矩/質量比大、結構緊湊、低速大扭矩、響應快、換向迅速、無電磁噪聲干擾和控制性好等優點，在機器人、精密儀器儀表、醫療器械、航空航天以及新型武器裝備等領域有著廣泛的應用前景[2]

本文針對超聲波電機的特點，設計了一套驅動控制電路，利用該驅動系統對所制作的超聲波電機進行實驗，得到了令人較滿意的結果.

2 驅動原理簡介

我們設計的超聲電機是利用逆壓電效應，逆壓電效應是在壓電材料的相應部位間加上電壓，產生一定的電荷分布，材料會發生相應的形變，在此種壓電材料上加上某種特定頻率的交變正弦信號，材料就會產生隨所加電壓的變化規律而變化的機械形變.這種機械形變推動周圍介質振動，產生疏密相間的機械波，如果其振動頻率在超聲范圍，這種機械波就叫超聲波.

3 超聲電機對電路的要求

超聲電機的應用離不開驅動電路，其特殊的驅動機理要求驅動器必須提供超聲頻段內的正弦交流電，驅動器通常為 DC-AC 型逆變器.驅動電路性能的優劣，不僅關系到超聲電機的輸出性能，也會影響其應用.對驅動電路而言，超聲電機是一個容性負載，因此超聲電機驅動電路的設計不同于呈電感性的傳統電磁型電機的驅動器設計.

圖一表明微型壓電超聲電機的輸人電壓(電壓峰- 峰值)越大，轉速越大;圖 表明微型壓電超聲電機的輸人電壓越大，其輸入功率也相應增大，因此如果想使超聲電機的輸出功率增大，就必須提高電壓，具體數值取決于超聲電機所采用的壓電材料的性能，電壓過高，會使壓電材料破裂;電壓過低，電機無法轉動[5]

不同的超聲波電機具有不同的驅動電壓工作范圍和最佳工作頻率.因而，超聲波電機驅動電路不僅要能夠輸出高頻高壓信號，而且其頻率、幅值都應該是可調的.超聲電機在實際工作中，必須通過控制電路進行調速.

4 超聲波電機的驅動電路

根據以上壓電超聲馬達的電學特性，我們知道，壓電超聲馬達工作時首先必須在諧振狀態下即外電路驅動與定子自身產生諧振，這樣超聲馬達才能正常工作.壓電馬達的許多特性都與超聲電機的諧振密切相關，最突出的一點就是工作時頻率的范圍比較窄，一般 2-3 kHz 左右.

針對我們小組研制的壓電超聲的特點，使用 Multisim 模擬設計整個電路(如圖 3). 驅動電路正常工作時，VCC 提供整個電路的電源，在實際使用中用干電池來提供直流電.這個電路主要包含 部分模塊:信號的產生，信號的移相，功率的放大，信號的輸出.