压电微马达_北京大学

压电马达是利用压电材料的逆压电效应进行机电能量转换的电动机。压电马达由振动件和运动件两部分组成，依靠超声摩擦实现驱动，同时,由于采用功能陶瓷作为能量的转换器件,没有绕组、磁体及绝缘结构，使其在工作中自身不产生电磁辐射,也不受周围电磁场的影响，所以具有低速下大力矩输出、对电信号响应速度快和分辨率高的特点。在小尺寸时，功率密度比普通电动机高得多，但输出功率受限制，宜制成轻、薄、短小的形式。有旋转和直线两种驱动模式。微马达具有微型化、多样化和集成化的特点，一个小的操纵手可以更准确、更轻柔地抓住并移动小目标。在扫描定位系统中，小的驱动器具有更短的响应时间，更细致的定位功能。微型机器可自由地在很细的管道中移动，如在人体的静脉中移动和去除血垢，也可用来操作更加细微的电子元器件。

毫米尺寸的压电马达可广泛应用于照相手机、超微型数码相机、电脑摄像头、微型监视器摄像机、医用内窥镜、机器和工业用内窥镜、精密光学仪器、微型机器、纳米分辨率操作台、显微操作仪、自动细胞和DNA分析仪等领域；高温压电驱动器、高温压电微马达在内燃机燃油电喷控制、高温油（气）阀等方面具有很大的应用价值。

压电致动器以压电陶瓷材料为驱动元件，具有很高的功率密度，在小尺度内可实现微纳米精密驱动。本课题组研发团队发展了铌、锌、锰、锑等多种元素掺杂改性锆钛酸铅高性能压电陶瓷、锰掺杂改性钪酸铋-钛酸铅高温压电陶瓷材料，也研究了压电单晶材料在微马达、微驱动器中的应用，研发了系列微型压电马达、包括可应用于低温和高温的压电驱动器、用于驱动光学镜片的压电微马达，以及应用于纳米精密定位的多轴压电驱动平台。目前课题组已经研发出了世界上最小、直径仅为1毫米的压电单晶马达。比如研制的压电单晶超声微马达，体积尺寸仅有1.5×1.5×5mm3、重量仅有0.1g，但最大可以产生20g的驱动力，其单位体积或质量产生的输出力比传统电磁原理音圈马达要高出100倍以上。此外，课题组还开发出系列推力从0.2N至32N的压电直线马达和相应的压电驱动器工作台，其主要性能指标可以取代进口Nanomotion的产品。本课题还研发出了可在2500℃高温下工作、具有微纳米分辨率的压电驱动器，可用于高温阀，最近还研制了具有亚微米分辨率的6轴压电微机电系统，在微型机器人精密操作系统、微电子组装、生物医学微细操作、超精密微细加工、光通讯，以及3D打印系统等领域具有广泛应用前景。