1 引言

超声波马达又称超声电机(ultrasonic motor ，简称 USM) 20 世纪 80 年代才诞生的一种全新概念电机种类.超声电机采用与传统的电磁式电机截然不同的全新的原理和全新的结构形式，不需要磁铁和线圈，而利用压电材料的逆压电效应激发某种特定模态的超声振动，定子通过摩擦驱动转子运动，从而获得机械输出的一种驱动器[1]

超声波马达的应用是压电陶瓷发展的一个直接结果 利用外加交变电场，使压电陶瓷交变伸缩，超声波马达就是利用压电陶资的这种交变伸缩，这种伸缩振动的振幅非常小，所以超声马达要在谐振频率处激发超声波马达的定子振动.

虽然超声马达的定子的振幅只有 1μm 左右，但是由于超声振动频率一般都在 20 kHz 以上，所以超声波马达也可以获得很高的转速.超声电机具有扭矩/质量比大、结构紧凑、低速大扭矩、响应快、换向迅速、无电磁噪声干扰和控制性好等优点，在机器人、精密仪器仪表、医疗器械、航空航天以及新型武器装备等领域有着广泛的应用前景[2]

本文针对超声波电机的特点，设计了一套驱动控制电路，利用该驱动系统对所制作的超声波电机进行实验，得到了令人较满意的结果.

2 驱动原理简介

我们设计的超声电机是利用逆压电效应，逆压电效应是在压电材料的相应部位间加上电压，产生一定的电荷分布，材料会发生相应的形变，在此种压电材料上加上某种特定频率的交变正弦信号，材料就会产生随所加电压的变化规律而变化的机械形变.这种机械形变推动周围介质振动，产生疏密相间的机械波，如果其振动频率在超声范围，这种机械波就叫超声波.

3 超声电机对电路的要求

超声电机的应用离不开驱动电路，其特殊的驱动机理要求驱动器必须提供超声频段内的正弦交流电，驱动器通常为 DC-AC 型逆变器.驱动电路性能的优劣，不仅关系到超声电机的输出性能，也会影响其应用.对驱动电路而言，超声电机是一个容性负载，因此超声电机驱动电路的设计不同于呈电感性的传统电磁型电机的驱动器设计.

图一表明微型压电超声电机的输人电压(电压峰- 峰值)越大，转速越大;图 表明微型压电超声电机的输人电压越大，其输入功率也相应增大，因此如果想使超声电机的输出功率增大，就必须提高电压，具体数值取决于超声电机所采用的压电材料的性能，电压过高，会使压电材料破裂;电压过低，电机无法转动[5]

不同的超声波电机具有不同的驱动电压工作范围和最佳工作频率.因而，超声波电机驱动电路不仅要能够输出高频高压信号，而且其频率、幅值都应该是可调的.超声电机在实际工作中，必须通过控制电路进行调速.

4 超声波电机的驱动电路

根据以上压电超声马达的电学特性，我们知道，压电超声马达工作时首先必须在谐振状态下即外电路驱动与定子自身产生谐振，这样超声马达才能正常工作.压电马达的许多特性都与超声电机的谐振密切相关，最突出的一点就是工作时频率的范围比较窄，一般 2-3 kHz 左右.

针对我们小组研制的压电超声的特点，使用 Multisim 模拟设计整个电路(如图 3). 驱动电路正常工作时，VCC 提供整个电路的电源，在实际使用中用干电池来提供直流电.这个电路主要包含 部分模块:信号的产生，信号的移相，功率的放大，信号的输出.