利用壓電體的壓電逆效應進行機電能量轉換的電動機。其原理與基於電磁感應的普通電動機顯著不同,但基本功能和分類大致相同。一般分為交流壓電電動機和直流壓電電動機。運動方式分為旋轉和直線運動兩種。壓電電動機由振動件和運動件兩部分組成,沒有繞組、磁體及絕緣結構。功率密度比普通電動機高得多,但輸出功率受限制,宜製成輕、薄、短小形式。它的輸出多為低速大推力(或力矩),可實現直接驅動負載。這種電機因內部不存在磁場,機械振動頻率在可聽範圍外,因此對外界的電磁幹擾和雜訊影響很很小。壓電電動機易於大批量生產。

  結構和工作原理 壓電電動機的結構形式很多,但多數的動作原理相同,都是利用壓電體在電壓作用下發生振動,驅動運動件旋轉或直線運動。圖1中,壓電體PE的一端固定於基座B,PE在電壓V作用下產生振動,通過爪桿C使棘輪W旋轉,獲得旋轉運動。圖2中,薄壁圓筒狀壓電體PE的內外壁間加以電壓V時,就產生軸向伸縮運動。PE的兩端各有一個電磁線圈W1W2W1通電時,產生的電磁力使PE一端固定於滑槽底座B上,另一端則隨PE的伸縮在B的滑槽內位移。W2通電時,PE的固定端及位移端反之。隻要W1W2的通斷間隔與PE的伸縮頻率相適應,PE就可在B的滑槽內作單方向的位移,獲得直線運動。

  由於一般壓電體的能量轉換效率較低,且振動或伸縮的幅值很小,因而隻能制成特殊要求的專用電動機,獲得微小變位的蠕動。

  超聲波壓電電動機 1981年,日本指田年生研制成超聲波壓電電動機(簡稱超聲波電動機),克服瞭傳統壓電電動機轉換效率低和變位微小的缺陷,壓電電動機開始進入工業實用階段,如外徑50毫米,輸入電壓100伏,頻率40千赫,輸出功率可達4瓦的超聲波電動機。

  超聲波電動機有駐波式和行波式兩種。駐波式超聲波電動機的條狀壓電體具有交替排列的極化區,施加直流電壓時產生伸縮交替的變形,收縮部分凸起,伸長部分下凹,整條呈波狀。電壓極性相反,變形方向隨之改變。如施加交流電壓,壓電體就隨時間作振動變形。此變形是一系列以極化界面為過零點的脈振波,即駐波振動。行波式超聲波電動機由兩條相同的壓電體相互錯開半個極化區長度粘合成一體而成,當分別施加時間上相差90°電角度的交流電壓時,兩壓電體就分別作駐波振動,由彈性體接受的合成振動波是一個隨時間前進的行波,即作行波振動。駐波形式的能量轉換效率較高,但需特殊的推力或力矩耦合部件,體積較大,且隻能作單向運動,控制性能差,因而人們更重視行波方式的超聲波電動機。

  將條狀壓電體制成圓板或圓環,即可制成旋轉運動的超聲波電動機。當彈性體接收壓電體的行波振動後,通過轉子上的摩擦件,利用摩擦力使轉子旋轉。

  一般超聲波電動機要由20~200千赫的專用高頻電源供電。電源需具有克服因溫度變化而致頻率漂移的自動頻率調節功能和為保證二相交流電壓時間相位相差90°電角度的鑒相及反饋控制環節。超聲波電動機的轉速與電源頻率無關,轉速-力矩特性的起始部分為略呈下垂的直線,因而既可作為精密驅動機構的驅動元件,也可在速度和位置伺服系統中作為執行元件。