第二章 超声波电机的驱动原理.docx

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第二章超声波电机的驱动原理

第二章超声波电机的驱动原理

本章从压电陶瓷的特性出发，系统地叙述了超声波电机中压电陶瓷的压电效应和逆压电效应，并对其相关的参数进行了系统的讨论。

本章还将几何分析法和弹性动力分析法相结合，分析了定子表面质点的椭圆运动的形成，论述了行波型超声波电机的运行机理，为行波型超声波电机的建模、设计制作、实验研究以及驱动电源和控制系统的研究提供必要的理论指导。

2.1压电效应与压电陶瓷[21-25]

压电陶瓷作为超声波电机能量转换的媒介，它起着为超声波电机提供驱动力的重要作用，如同人体的心脏一样。

因此，研究超声波电机就必须对压电材料特性有深入的认识和了解，才能掌握超声波电机的运行机理并能正确地选择和使用压电材料。

在研究超声波电机的驱动机理前，首先从压电陶瓷与普通陶瓷的最重要的区别——压电效应开始。

2.1.1压电效应

压电效应（PiezoelectricEffect）早在1880年，法国的两位科学家——居里（Curie）兄弟，在研究石英晶体的物理性质时，发现了一种特殊的现象，这就是若按某种方位从石英晶体上切割下一片薄晶片，在其表面上敷上电极，当沿着晶片的某些方向施加作用力而使晶片产生变形后，会在两个电极表面上出现等量的正、负电荷。

电荷的面密度与施加的作用力的大小成正比；作用力撤销后，电荷也就消失了。

这种由于机械力的作用而使晶体表面出现电荷的现象，称为正压电效应，如图2-1所示。

后来人们又在其它一些晶体上进行了类似的实验，发现有许多晶体都具有这种现象。

这些具有压电效应的晶体统称为压电晶体。

发现正压电效应的第二年，也就是1881年，由李普曼在理论上预言，由居里兄弟在实验上证实了另一种物理现象：

将压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，会使