摘要：叙述了各种微小型超声波电机的驱动机理、工艺方法利性能指标。详细讨论了电机制造工艺中应注意的一些关键问题，并通过对电机的两相阻抗特性的对比，分析了加工工艺、边界条件以及装配安装使用等制造工艺对不同尺寸电机精度的影响。
    关键词：微小型超声波电机；制造工艺：阻抗特性
O引言
    1980年日本学者指田年生成功地制造出第一台可以满足实际使用要求的超声波电机，近30年来各种类型和结构的超声波电机不断地被研制，其性能指标也越来越接近实际工程应用的需要。超声波电机发展也经历了从大到小，从小型到微型的一个过程。随着微电子机械系统(MEMs)开发的深入，作为微电子机械系统中关键执行部件的微电机的研制越来越受到人们的关注。超声波电机不会因尺寸的减小而功率急剧下降、转换效率降低，具有功率体积比大、结构简单灵活，且更能满足MEMs对电机的输出力矩要求的特点，使其成为****发展潜力的驱动器。事实证明，微型超声波电机在航空航天、半导体工业、医疗器械等领域已经起到了电磁电机、静电电机等不司替代的作用㈣。
1微小型超声波电机的类型
    目前，国内外微小型超声波电机主要有三类：在硅基体上沉积薄膜的超声波电机、在金属上沉积薄膜的超声波和陶瓷块体结构的超声波电机。1992年麻省理工学院Anita M·Flynn等在2 2㈣×2 2mm的氮化硅薄膜上沉积20nm厚的Ⅲ层，然后沉积460nm的Pt层作为底层电极，再用溶胶一凝胶法沉淀PzT薄膜并覆盖金膜作为顶层电极，制作出微型行
波超声波电机，定子的外径为2㈣，内径为l 2 mm。平面内的电极分区如图1所示。每片电极激发出l腿波长的驻波，通过施加图1所示相位的激励电压，在薄膜面内可以激发出两个波长
的行波，从而推动放置在薄膜面上的透镜转动。电机的转速范围为100～3【)()r／min。Ic工艺制造的微型电机尺寸小，可以把电机与驱动控制电路很好的集成起来，但工艺过程较复杂。用
薄膜定子时电场与应力场的耦合问题给理论分析带来了很大的难度，电机的输出性能很难得以保证。

    薄膜压电陶瓷电机是在金属基体的表面沉积有压电薄膜的另一类固态微超声波电机，日本对微小型超声波电机的研究和应用始终处于世界****地位。1998年东京大学T|akeshi Morita利用水热法在金属体表面沉积压电薄膜的方法研制出种高性能的微型超声电机。其压电振子采用PzT薄膜制成，并在薄膜的外表面覆盖的四个电极，结构如图2相差90。的交变电压，中间接地。利用PzT的d3I效应，相对的两部分陶瓷共同激发出金属柱体的一个方向的弯振。两个相位和空间上都相差90。的弯振的合成
使定子形成摇头运动，定予端面的质点运动轨迹为椭圆运动，进而驱动转子。电机定子直径2 4 mln，长10mm，在电压峰一峰值为15 v下的****转速为880 r／nlln，
力矩达7 H N·m。2000年nkeshi Morita对这种电机进行进一步微型化，采用相同的工艺制造出直径1 4    。mm，长5 mm当施加20V。。和5 3mN预压力的实验条
件下，输出力矩为0 67 uN·m的微型电机。

    陶瓷块体结构的超声波微小型电机是这几种类型中输出院下人工智能实验室研制的赢径8mm、长3mm的行波电机，工业公司推出的直径11mm、长2㈣、并将压电陶瓷纵向振机，其启动转矩为70rnN·m。国内清华大学周铁英教授在微型超声波电机的研究方面处于****地位。2001年其课题组成功研制出直径为1mm、长5mm的微型超声波电机，其结构如图3所示。“”在压电陶瓷柱的顶部粘结定子I蝎的结构设计，使整个电机加工工艺_人大简化。工作时，陶瓷柱一端固支，激发出压电陶瓷柱相互垂直的两个固一阶弯曲振动，