在特种电机中发挥压电泵流量精确可控的优势

传统电动机在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面应用广泛。一般电动机通常是由很细的铜丝绕成线圈，其中通有电流后在磁场作用下将产生驱动力，可带动外部负载运动。当电机负载较大或电机卡住时，流过线圈的电流会快速增加，同时电机温度急剧升高，铜丝绕阻极易被烧毁。由压电材料构成的微特电机是利用压电陶瓷在交变电场作用时，引起晶体机械变形的逆压电效应构成的特殊电机，这种电机具有独特优势。

随着微/纳米技术的迅猛发展，在光学工程、微电子制造、航空航天技术、超精密机械制造、遗传工程等技术领域的研究都迫切需要亚微米级、微/纳米级的超精密驱动。传统的电磁驱动电机技术已不能满足工业领域发展的需求，以压电陶瓷为核心的超精密驱动器在各高技术领域正逐步得到应用。

压电驱动是利用压电材料的逆压电效应原理以及特殊的机械结构来实现精密步进驱动的新技术。压电陶瓷叠堆具有纳米级精度的稳定输出位移，且具有线性好、控制方便、分辨率高、响应频率高、发热少、无磁干扰、噪声低等特点。采用该结构设计的压电驱动器具有独特优势。对超精密压电微动工作台、驱动电机的研究以德国PI公司、美国的国家标准局(NIST)、日本产业技术研究所(AIST)、中国哈尔滨工业大学(HIT)等机构较为突出，已有的研究成果驱动分辨率可达到5¯10 nm，驱动力也达到数百牛顿，但超精密驱动的行程较小，只能达到微米级。

步进型精密步进驱动电机是一种大行程的精密步进驱动电机，它利用微动台的步进蠕动(Inchworm)运动的原理，实现大行程精密驱动。这种超精密压电步进驱动电机能实现大于10.mm的行程，并能实现高于20 nm的驱动分辨率，能较好地实现大行程和高分辨率；但这种超精密压电步进驱动电机仍然存在承载能力不大、在高频时出现箝位和步进的紊乱，使步进驱动失效等问题。

研究中发现，压电泵的细微流量极易控制且驱动力大，进而对原有压电步进驱动电机进行了简化，创新性地提出利用压电泵作为驱动源，通过改变压电泵激励的频率和脉冲数目，对负载构成位移驱动。发挥了压电泵体积小、能量密度高的优点，解决了压电步进驱动箝位和步进的紊乱的问题。课题组还研究了压电泵作用为电机驱动源时，位移-频率响应和液压系统工作时序匹配关系等耦合关系；此外，课题组以压电电机动力学理论分析和优化模型为基础，自主研发高性能的截止阀，样机实验证明研究工作能很好地解决精度与大行程的矛盾。

总体来说，该项研究发挥了压电泵方便对流量进行精密控制的特点，改善了压电步进电机的性能，也拓展了压电泵的应用领域。该项研究无论从选题还是研究深度上，在相关领域都达到国内外先进水平，对于我国压电精密驱动器与微特电机的发展具有理论意义和实际价值。