壓電馬達是利用壓電材料的逆壓電效應進行機電能量轉換的電動機。壓電馬達由振動件和運動件兩部分組成,依靠超聲摩擦實現驅動,同時,由于采用功能陶瓷作為能量的轉換器件,沒有繞組、磁體及絕緣結構,使其在工作中自身不產生電磁輻射,也不受周圍電磁場的影響,所以具有低速下大力矩輸出、對電信號響應速度快和分辨率高的特點。在小尺寸時,功率密度比普通電動機高得多,但輸出功率受限制,宜制成輕、薄、短小的形式。有旋轉和直線兩種驅動模式。微馬達具有微型化、多樣化和集成化的特點,一個小的操縱手可以更準確、更輕柔地抓住并移動小目標。在掃描定位系統中,小的驅動器具有更短的響應時間,更細致的定位功能。微型機器可自由地在很細的管道中移動,如在人體的靜脈中移動和去除血垢,也可用來操作更加細微的電子元器件。
毫米尺寸的壓電馬達可廣泛應用于照相手機、超微型數碼相機、電腦攝像頭、微型監視器攝像機、醫用內窺鏡、機器和工業用內窺鏡、精密光學儀器、微型機器、納米分辨率操作臺、顯微操作儀、自動細胞和DNA分析儀等領域;高溫壓電驅動器、高溫壓電微馬達在內燃機燃油電噴控制、高溫油(氣)閥等方面具有很大的應用價值。
壓電致動器以壓電陶瓷材料為驅動元件,具有很高的功率密度,在小尺度內可實現微納米精密驅動。本課題組研發團隊發展了鈮、鋅、錳、銻等多種元素摻雜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、微驅動器中的應用,研發了系列微型壓電馬達、包括可應用于低溫和高溫的壓電驅動器、用于驅動光學鏡片的壓電微馬達,以及應用于納米精密定位的多軸壓電驅動平臺。目前課題組已經研發出了世界上最小、直徑僅為1毫米的壓電單晶馬達。比如研制的壓電單晶超聲微馬達,體積尺寸僅有1.5×1.5×5mm3、重量僅有0.1g,但最大可以產生20g的驅動力,其單位體積或質量產生的輸出力比傳統電磁原理音圈馬達要高出100倍以上。此外,課題組還開發出系列推力從0.2N至32N的壓電直線馬達和相應的壓電驅動器工作臺,其主要性能指標可以取代進口Nanomotion的產品。本課題還研發出了可在2500℃高溫下工作、具有微納米分辨率的壓電驅動器,可用于高溫閥,最近還研制了具有亞微米分辨率的6軸壓電微機電系統,在微型機器人精密操作系統、微電子組裝、生物醫學微細操作、超精密微細加工、光通訊,以及3D打印系統等領域具有廣泛應用前景。
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