超声波电机一般由振动体和移动体组成。振动体相当于传统电机中的定子,由压电陶瓷和金属弹性材料制成;移动体相当于传统电机中的转子,由弹性体和摩擦材料及塑料等制成。
在振动体的压电陶瓷振子上加高频交流电压时,利用逆压电效应或电致伸缩效应使定子在超声频段(频率为20KHZ以上)产生微观机械振动。并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成旋转或直线型运动。
实现超声波驱动有两个前提条件:首先,需在定子表面激励出稳态的质点椭圆运动轨迹;其次,将定子表面质点水平方向的微观运动转换成转子的宏观运动或平动。
第一个前提条件对应着机电能量转换,利用逆压电效应由电能转化成机械振动能;第二个前提条件对应着运动形式转化,往往通过定转子间的摩擦力来实现,近年来亦有通过气体或液体为中间介质接触为非接触型超声波电机,也称为声悬浮超声波电机。
从超声电机的工作原理可见,其正常工作离不开两个能量转换作用:机电转换作用和摩擦转换作用。机电转换作用是指压电陶瓷的逆压电效应,即对压电陶瓷振子加高频振荡电流,使它以超声波的频率振动。