微驱动器以其微型化、高精度和低能耗的特性，成为了推动现代科技发展的重要力量。而压电薄膜微马达，作为微驱动器家族中的一员，有着独特的压电效应和精妙的设计。本文主要介绍一下三类压电薄膜微马达——行波压电薄膜微马达、驻波压电薄膜微马达和静电薄膜超声微马达。
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一、行波压电薄膜微马达
1997年，意大利科学家Riccardo Carotenuto等人成功研发出一种行波压电薄膜微马达，它的出现标志着压电薄膜微马达技术的一次重大突破。该马达巧妙地利用压电薄膜表面产生的行波，通过金属杆的放大作用，以及磁性转子磁力产生的摩擦力，驱动上端转子旋转。
结构精妙
行波压电薄膜微马达的定子由一个圆形压电薄膜和固定在其中心上面的柱状钢轴组成。压电薄膜表面金属化，分为四个电极区，通过施加具有180°相位差的正弦信号，使压电薄膜在电压信号驱使下产生径向振动。由于金属盘的约束，这些径向振动转变为弯曲振动，从而在压电薄膜表面形成行波。
驱动机制
当行波在压电薄膜表面传播时，会带动定子的钢轴圆摆。通过定子与转子之间的摩擦作用，转子被驱动旋转。这种驱动方式不仅精准，而且高效，使得马达能够以3500r/min的转速和118X10^-1N·m的转矩稳定运行，其谐振频率更是高达8.15kHz。
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应用场景
凭借其高精度和稳定性能，行波压电薄膜微马达在读卡器、扫描仪、打印机等精密电子设备中得到了广泛应用。这些设备要求驱动器具有微小的体积、准确的定位能力和稳定的运行性能，而行波压电薄膜微马达正是满足这些要求的理想选择。
二、驻波压电薄膜微马达
1999年，瑞士科学家P.Muralt等人研发出了一种驻波压电薄膜微马达，该马达以其超薄的设计、高转矩输出和低能耗特性，在微驱动器领域独树一帜。
创新结构
驻波压电薄膜微马达采用鳞片结构，将薄膜的表面振动转化为马达的旋转运动。其定子由硅膜和沉积在表面的PZT膜组成，膜厚仅为15~100nm。这种超薄的设计使得马达在保持高转矩输出的同时，具有极低的能耗。
驱动机制
当薄膜向弹性鳞片移动时，鳞片受到压缩并弯曲。随着薄膜的振动，鳞片在弹力和摩擦力的作用下不断改变形状，从而驱动转子旋转。当薄膜背向鳞片移动时，摩擦力减小，鳞片跟随转子向前移动，形成连续的旋转运动。
应用潜力
驻波压电薄膜微马达的超薄设计和高转矩输出特性，使其在手表制造业中具有广阔的应用前景。此外，由于其低能耗和稳定的运行性能，该马达还可能在其他微机械系统中发挥重要作用。
三、静电薄膜超声微马达
1997年，法国科学家J.S.Danel和PhRobert等人设计了一种新型静电薄膜超声微马达，该马达以其大力矩、低转速的特点，在微驱动器领域独树一帜。
独特设计
静电薄膜超声微马达的定子由硅膜和电极组成，通过施加电压在薄膜表面产生静电力，从而驱动薄膜振动。这种振动在薄膜表面形成行波，使薄膜产生椭圆运动。转子放置在薄膜上方，通过摩擦力与薄膜接触并被驱动旋转。
驱动机制
静电薄膜超声微马达的驱动机制与超声马达相似，都是利用振动产生的摩擦力来驱动转子旋转。然而，静电薄膜超声微马达不需要制作高质量的压电薄膜，因此可以广泛地选取转子材料。此外，该马达还具有大力矩和低转速的特点，使得其在某些特定应用中具有显著优势。
应用场景
静电薄膜超声微马达的大力矩和低转速特性，使其在需要高精度定位和大力矩输出的微机械系统中具有广泛应用前景。例如，在微型机器人、精密仪器和生物医疗设备等领域，该马达可以发挥重要作用。
从精密电子设备到生物医疗设备，从微型机器人到精密仪器，压电薄膜微马达以其独特的性能和优势，正在成为推动科技进步的重要力量。然而，如何进一步提高马达的性能稳定性、降低制造成本、拓展应用领域等问题，都需要不断探索和创新。
