壓電馬達(dá)是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)。壓電馬達(dá)由振動(dòng)件和運(yùn)動(dòng)件兩部分組成,依靠超聲摩擦實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng),同時(shí), 由于采用功能陶瓷作為能量的轉(zhuǎn)換器件 , 沒(méi)有繞組、磁體及絕緣結(jié)構(gòu),使其在工作中自身不產(chǎn)生電磁輻射 , 也不受周?chē)姶艌?chǎng)的影響,所以具有低速下大力矩輸出、對(duì)電信號(hào)響應(yīng)速度快和分辨率高的特點(diǎn)。在小尺寸時(shí),功率密度比普通電動(dòng)機(jī)高得多,但輸出功率受限制,宜制成輕、薄、短小的形式。有旋轉(zhuǎn)和直線兩種驅(qū)動(dòng)模式。微馬達(dá)具有微型化、多樣化和集成化的特點(diǎn),一個(gè)小的操縱手可以更準(zhǔn)確、更輕柔地抓住并移動(dòng)小目標(biāo)。在掃描定位系統(tǒng)中,小的驅(qū)動(dòng)器具有更短的響應(yīng)時(shí)間,更細(xì)致的定位功能。微型機(jī)器可自由地在很細(xì)的管道中移動(dòng),如在人體的靜脈中移動(dòng)和去除血垢,也可用來(lái)操作更加細(xì)微的電子元器件。
毫米尺寸的壓電馬達(dá)可廣泛應(yīng)用于照相手機(jī)、超微型數(shù)碼相機(jī)、電腦攝像頭、微型監(jiān)視器攝像機(jī)、醫(yī)用內(nèi)窺鏡、機(jī)器和工業(yè)用內(nèi)窺鏡、精密光學(xué)儀器、微型機(jī)器、納米分辨率操作臺(tái)、顯微操作儀、自動(dòng)細(xì)胞和 DNA分析儀等領(lǐng)域;高溫壓電驅(qū)動(dòng)器、高溫壓電微馬達(dá)在內(nèi)燃機(jī)燃油電噴控制、高溫油(氣)閥、國(guó)防領(lǐng)域(如導(dǎo)彈姿態(tài)控制)等方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值。
壓電致動(dòng)器以壓電陶瓷材料為驅(qū)動(dòng)元件,具有很高的功率密度,在小尺度內(nèi)可實(shí)現(xiàn)微納米精密驅(qū)動(dòng)。本課題組研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了鈮、鋅、錳、銻等多種元素?fù)诫s改性鋯鈦酸鉛高性能壓電陶瓷、錳摻雜改性鈧酸鉍 - 鈦酸鉛高溫壓電陶瓷材料,也研究了壓電單晶材料在微馬達(dá)、微驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用,研發(fā)了系列微型壓電馬達(dá)、包括可應(yīng)用于低溫和高溫的壓電驅(qū)動(dòng)器、用于驅(qū)動(dòng)光學(xué)鏡片的壓電微馬達(dá),以及應(yīng)用于納米精密定位的多軸壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)。目前課題組已經(jīng)研發(fā)出了世界上最小、直徑僅為 1 毫米的壓電單晶馬達(dá)。比如研制的壓電單晶超聲微馬達(dá),體積尺寸僅有1.5×1.5×5mm3、重量?jī)H有 0.1g,但最大可以產(chǎn)生20g的驅(qū)動(dòng)力,其單位體積或質(zhì)量產(chǎn)生的輸出力比傳統(tǒng)電磁原理音圈馬達(dá)要高出100倍以上。此外,課題組還開(kāi)發(fā)出系列推力從 0.2N至 32N的壓電直線馬達(dá)和相應(yīng)的壓電驅(qū)動(dòng)器工作臺(tái),其主要性能指標(biāo)可以取代進(jìn)口Nanomotion 的產(chǎn)品。本課題還研發(fā)出了可在 2500℃ 高溫下工作、具有微納米分辨率的壓電驅(qū)動(dòng)器,可用于高溫閥,最近還研制了具有亞微米分辨率的 6 軸壓電微機(jī)電系統(tǒng),在微型機(jī)器人精密操作系統(tǒng)、微電子組裝、生物醫(yī)學(xué)微細(xì)操作、超精密微細(xì)加工、光通訊,以及 3D 打印系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
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