1. 研究目的与意义
传统的接触式超声电机具有独特的优点,但由于通过定子和转子间的摩擦驱动,转速不能达到很高,同时由于摩擦损耗大,使用寿命短。为了避免这种限制,人们提出了非接触式超声电机,这种超声电机是新兴的驱动机构，具有结构简单、驱动无噪声等独特的优点。它克服了传统接触式超声电机靠摩擦力来实现电能转换为机械能，转速受限，且定转子摩擦损耗降低了使用寿命。
其利用的物理效应既不同于传统电机的电磁效应，也不同于传统的接触式超声电机的固体见的摩擦；而是固体-流体-固体这种全新的驱动模式。当前理论界对这种全新的驱动模式的研究，尚无一个确定的研究结论。因此，无论是从理论研究的角度还是从工程实践的角度，都有必要研究非接触式超声电机的驱动原理。同时,研究目标旨在设计制造出具有超高转速的非接触式超声电机，应用于照相机及摄像机的自动调焦系统，而且在精密仪器以及航空航天领域也有许多应用。
2. 国内外研究现状分析
国外：起初，HirosS研制了一种纸质薄圆片式转子的非接触式超声电机，定、转子间的空气间隔为0.7mm，该电机的最大转速可超3000r/min。NakamuraK．和JunhuiH．则提出了一种硬铝质的圆筒型定子非接触式超声电机，圆筒内的声波传播介质为水或煤油，该电机利用水或煤油介质中的声流现象驱动，最大转速为50r/min，这种电机可用来直接驱动液体，可望在航天、化工等特殊领域获得应用。YamazakiT．HuJH等人研制的非接触式超声电机采用了2个兰杰文振子来激发定子的周向行波，在筒型定子和转子之间诱发出近声场的声辐射压力和声粘性力，使得圆筒转子转动，电机的最大转速可达4400r/min。为了提高非接触超声电机的实用性,一些结构简单、小型的高速非接触式超声电机相继被提出。
国内：在国际上日本学者研究较多，处于领先水平，国内对非接触式超声电机的研究则较少，仅有南京航空航天大学、吉林工大和天津大学在研究。至今为止，研究者们提出了多种结构形式的非接触式超声电机，但是大部分仅限于实验研究，驱动理论研究较少，特别是非接触驱动的理论研究只有东京工业大学有相关的论文发表。在国内也已经展开了相关研究工作，刘景全，杨志刚，吴博达等人利用圆筒单相驻波模态驱动来实现非接触式超声电机，并针对近声场作用机制进行了分析。夏长亮，胡俊辉，史婷娜等人针对以水或煤油等液体媒质为介质的声流驱动非接触式超声电机的实验研究，阐述了电机运行过程中能量的传递过程。南京航空航天大学的季叶、赵淳生教授也研制了利用近声场驱动的圆筒和圆盘型的非接触式超声压电作动器。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：
要驱动超声电机，压电陶瓷需要高频激励。实现的方法大致有两大类：一类是利用开关电源技术，由逆变来实现电压升压、能量传递、阻抗匹配和电源隔离，这种方法目前在国内的行波型超声电机驱动中使用比较广泛，但变压器必须与不同型号的超声电机匹配；另一类是采用正弦波信号直接放大输入超声电机，这种方法目前采用数字直接合成技术（dds），以模拟放大电路为基础来实现，激励信号达到理论分析的要求，实现控制算法简便灵活，但电路结构复杂，目前的成本较高。实际的超声电机的驱动方式要根据具体的要求选取。
由无接触式超声电机工作原理可知，驱动超声电机需要对定子上的压电陶瓷元件施加一定超声频段的交流信号，使其产生驻波，该驻波同频异相并叠加成行波，最后使得转子通过定转子之间的摩擦作用而转动。目前，较为成熟的超声电机驱动器的基本框图它主要由三部分组成：频率发生器（可调）、分频分相器和功放/匹配电路。基准方波信号由频率发生器产生，并且频率可调，经过分频分相器后生成两路方波信号（相位互差90），功放/匹配电路对方波信号进行放大，最后得到两路相位差90的正弦信号，驱动超声电机工作。
4. 研究创新点
尽管非接触式超声电机具有很多优点，但由于这种超声电机对于驱动信号有着较高的要求，所以目前国内外开发的超声电机的驱动及控制电路普遍存在电路体积大、控制性能单一等问题。大多数超声电机的控制特性研究还是基于与超声电机配套的普通驱动电路，难以利用计算机方便地进行超声电机的控制特性研究。
为此，应用目前市面上流行的51单片机芯片和MOSFET管开发出了一种高性能的超声电机驱动及控制系统。通过搭建Boost升压电路和推挽电路的两级升压逆变电路，加以匹配谐振电路，使得电机工作电压和频率相对独立，并对驱动器损耗分析亦可进行参数优化设计，提高了驱动器效率。解决了以往通过串联电感谐振得到正弦交流电，驱动电机工作时候各项参数非线性变化引起无法精确定位控制的问题，同时，此类设计也能此类电机较传统超声电机驱动而言,简化了驱动电路的复杂程度。
