张健滔，朱 华，赵淳生

(1.上海大学，上海200072;2.南京航空航天大学，江苏南京210016)

0 引 言

随着微机械、微电子技术的快速发展，对微型作动器的需求越来越多。在微型机器人、微型飞行器、微型医疗设备、微型照相聚焦镜头等微机电系统中，往往需要毫米级的微型作动器。微型超声波电动机由于具有结构简单、易于微型化、功率密度大、无需减速机构、定位精度高等特点，在微机电系统驱动领域有着广阔的发展前景，有着其他类型作动器难以替代的作用［1－6］。

正因如此，毫米级微型超声波电动机的研究备受众多国内外学者的关注。Takeshi Morita等人利用在金属体表面沉积压电薄膜的方法研制了外径1.4 mm、内径1.2 mm、长 5 mm 的微型旋转超声波电动机［7］。Serra Cagatay等人研制了外径1.6 mm、内径0.8 mm、长6 mm的旋转超声波电动机［8］。董蜀湘等人利用四分区极化的PZT管作为定子，研制出直径1.5 mm、长7 mm的微型旋转超声波电动机［9］。周铁英等人利用压电柱作为定子，研制出直径1 mm、长5 mm的旋转超声波电动机［10］。New Scale Technology公司研制了一款定子尺寸为1.55 mm×1.55 mm×6 mm的微型直线超声波电动机［11］。以上文献中，除了文献［8］，所报道的电机都是利用两个频率相同、空间正交的的对称振动模态工作。文献［8］报道的是一款旋转微型超声波电动机，其利用两个空间正交但频率不相等的不对称振动模态工作，文献仅对该电机的运动机理进行了简要的分析。本文将介绍一款基于不对称振动模态的直线超声波电动机的研制，详细分析其运动机理，推导电机单相和两相驱动时驱动质点的运动轨迹方程，进行有限元建模和仿真分析，以及制作原理样机，进行相关试验研究。……