22、汽车小型电机与功率集成电路技术解析

汽车小型电机与功率集成电路技术解析

小型电机需求功率与超声波电机原理

小型电机所需功率用于克服摩擦（提供静态扭矩）和加速负载（增加动态扭矩），其代数表达式为：
$P_T = f \omega + I_L \alpha \omega$

超声波电机作为一种有吸引力的电机驱动技术，由定子的超声波振动提供动力。若运动为旋转，与之配合的组件称为转子；若为线性平移，则称为滑块。它与压电执行器类似，都使用压电材料，如锆钛酸铅、铌酸锂等，但超声波电机利用共振放大定子靠近转子处的振动，能实现更大的旋转或滑动距离，而压电执行器受限于压电元件的静态应变。

控制定子 - 转子接触界面摩擦力通常有两种方式：行波振动和驻波振动。环形行波超声波电机基于驻波和行波运行，使用两个压电陶瓷元件作为振动器，一个产生正弦函数描述的振动，另一个产生余弦函数描述的振动。

两个正弦/余弦发生器向陶瓷电极施加电压，产生的行波使金属定子表面上下振动，表面各点呈小椭圆轨迹运动。若定子和转子紧密接触，转子/滑块会在接触表面受切向力驱动，向与行波相反方向移动。

超声波电机和直流电机的效率最优条件不同。直流电机在接近空载速度（低扭矩）时效率最高，适合高速运行；而超声波电机在低速高扭矩时效率最高，适用于无需变速箱的汽车应用，如动力转向、电动车窗、倾斜转向、汽车座椅调节等。

超声波电机的控制与优化

超声波电机使用两相电力电子转换器，每相由电池供电，通过带相移控制的方波转换器向变压器施加电压。由于超声波电机内部存在压电效应产生的电容，使用串联电感形成谐振电路。逆变器产生的准方波供给谐振电路，电容器上出现正弦波形。

由于电机制造的不