压电马达是当前新型驱动器的研究热点,它在工业控制系统,汽车专用电器,办公自动化设备以及智能机器人等领域都有着十分广阔的应用前景。然而现有的压电马达主要依靠压电定子振动,通过摩擦传动驱动转子旋转或者直线运动,一般运动速度较低,还存在磨损严重,输出功率小,效率低等一系列问题。为了从根本上解决这些问题,探索新型原理的压电马达,彻底摆脱其对摩擦力的依赖,论文首次提出一种新型原理的压电马达：基于偏心轮受迫振动的压电马达,并完成了对其从理论设计、制造装配到实验研究和应用探讨的一系列工作。论文主要成果和创新点如下：首次提出了基于偏心轮受迫振动的压电马达。针对现有的压电马达存在的问题,为了使得压电马达在速度、功率和效率等方面都有所提高,从发明不依赖于摩擦力驱动的新型原理压电马达的角度思考,提出一种新型基于偏心轮受迫振动的压电马达。该压电马达使用轴承实现定子与转子之间的几何连接,利用压电叠堆的强迫振动的方式将压电振动能量馈入转子实现新型非摩擦力的驱动机理。为了使得压电叠堆的功率有效馈入偏心轮转子中,在设计中对偏心轮的不平衡量与压电换能器输出特性进行了合理的匹配,在实验中,对压电叠堆的驱动电压相位进行了优化。该新型压电马达的提出为压电马达特别是高速压电马达的研究和发展提供了新的思路。建立了基于偏心轮受迫振动的压电马达力学模型。根据运动的微分方程。分析计算转子质心和形心轨迹以及偏心轮转子在受迫振动中馈入的能量。根据馈入能量大小的求导运算,获得了压电叠堆驱动电压理论最佳初始相位φ0=π/2,在该最佳初始相位的电压驱动下,对轴承进行了受力分析,给出了该新型压电马达的微观工作机理,为该压电马达的实验提供了理论依据。设计和制作了所提出的基于偏心轮受迫振动的压电马达装置。探索了压电叠堆制作工艺,压电叠堆由26层厚度为0.7 mm的压电陶瓷片堆积而成。通过打磨,割缝,引线,极化以及表面绝缘处理等八个步骤的处理,获得了经济实用的压电叠堆。利用ANSYS有限元分析软件设计了与之匹配的位移放大机构,其位移放大比为4.62倍,静态下输出位移可达160μm。根据预期寿命,选择了6001氮化硅轴承作为实验轴承,将压电叠堆、位移放大机构以及轴承通过带有直角铰链的轴承座进行连接和装配形成了马达的定子。首次利用偏心轮作为压电马达的转子,并根据定子输出特性匹配设计了偏心轮转子的不平衡量。根据偏心轮转子工作状况对其进行了强度校核,提高了设计的可靠性。理论分析了六种不同偏心轮转子的工作速度范围,为实验研究提供了理论数据。最后选择和设计了马达的辅助装置,包括内耗较低的直流电磁电机及其支架,L形底座,霍尔传感器及其支架。通过对定子,转子及辅助装置进行合理装配形成了一整套压电马达的机电系统。实验研究了所制作的基于偏心轮受迫振动的压电马达输出性能。首先给出了马达的实验启动方案,获得了驱动电压实验最佳初始相位为φ0=πn/2,与理论分析结果一致。然后以偏心不平衡量较大的6#偏心轮为转子,对马达的输出特性进行了测试研究,获得了马达的空载输出速度特性,在压电叠堆的工作频率仅为152 Hz下,马达的输出速度高达9120 rpm,是目前存在的高速压电马达之一。同时,测试了该频率下压电马达的输出功率为8.45 W,平均效率为25.3%,实验结果表明该新型压电马达综合性能得到了提高。最后,测试了另外五种偏心轮转子的工作频率范围,实验结果显示,随着偏心轮转子不平衡量(m-r)的降低,马达的启动频率和截止频率都逐渐增加,实验结果与理论计算一致。对于偏心轮最小的1#偏心轮而言,实验测试获得速度高达15000 rpm,这是目前文献可见的压电马达最高速度。该压电马达原理新颖,结构简单,具有很大的发展潜力。探讨了该新型基于偏心轮受迫振动的压电马达未来的应用前景。首次提出了压电飞轮储能概念,提出利用压电陶瓷的逆压电效应实现能量馈入转子,利用压电陶瓷的正压电效应实现飞轮动能向电能的转化,从而实现能量储存和利用的功能,压电飞轮储能理论上可达到相比于电磁飞轮储能更高的速度,因此可提高飞轮储能容量。除此之外,该新型压电马达技术还可应用于离心分离,宽频激振以及压电泵中的应用等等。