第二篇 超声波电机驱动原理
超声波电机介绍及其应用
超声波电机介绍及其应用一、超声波电机的工作原理超声学科结合的新技术。
超声电机不像传统的电机那样，利用电磁的交叉力来获得其运动和力矩。
超声电机则是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的，将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。
二、超声波电机的产生20 世纪90 年代日本佳能公司研制出一种压电电动机，这种电动机的工作原理是利用逆压电效应把电能转换成机械能。
常见的压电电机也是由定子和转子组成，但定子是由压电材料和金属材料组合制成，转子是由金属材料制成；压电材料把电能转换成机械振动能，激励定子金属体振动；转子与定子相接触，通过摩擦力，定子的振动驱动转子运动。
由于定子的振动频率一般在大于20kHz 的超声频段，因此人们也将压电电机称为超声电机。
三、超声波电机的特点（1）超声电机可以得到较低转速，因此输出力矩较大，可以省去减速机构直接带动负载。
（2）因为超声电机不使用电磁场作为驱动力，因此电磁辐射小。
许多情况下，不希望有电机产生强电磁干扰，或者在强磁场环境中，电磁电机的正常工作会受到影响，而超声电机不需要做太多的电磁屏蔽处理就可以在这些条件下工作。
（3）超声电机依靠定、转子之间的接触摩擦作为驱动方式，关闭电源后转子就会马上停止，并在摩擦力的作用下固定不动（4）超声电机的响应时间较短，一般在十几毫秒以内。
（5）超声电机没有电磁线圈，可以不用铜材，节省原料造价。
（6）超声电机的转速可以通过改变驱动频率进行调节，比较灵活。
（7）超声电机在很小尺寸上都可以有效工作。
四、超声电机的分类（1）环形行波超声波电机。
在弹性体内产生单向的行波，利用行波表面质点的振动来传递能量，属连续驱动方式，其基础理论和应用技术均较成熟。
（2）小型柱体摇摆型超声波电机目前行波型超声波电机已有较成熟的设计方法，但该型电机在小直径（小于20mm）条件下，输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点，而且由于其结构的限制，效率也很难提高。
超声波电机的工作原理
超声波电机的工作原理超声波电动机的工作原理一、逆压电效应简介压电效应是在1880年由法国的居里兄弟首先发现的。
一般在电场作用下，可以引起电介质中带电粒子的相对运动而发生极化，但是某些电介质晶体也可以在纯机械应力作用下发生极化，并导致介质两端表面内出现极性相反的束缚电荷，其电荷密度与外力成正比。
这种由于机械应力的作用而使晶体发生极化的现象，称为正压电效应;反之，将一块晶体置于外电场中，在电场的作用下，晶体内部正负电荷的重心会发生位移(这一极化位移又会导致晶体发生形变。
这种由于外电场的作用而使晶体发生形变的现象，称为逆压电效应，也称为电致伸缩效应。
正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。
超声波电动机就是利用逆压电效应进行工作的，图9 2所示为逆压电效应示意图，进一步说明了逆压电效应的作用。
压电体的极化方向如图9-2中箭头所示(当在压电体的上、下表面施加正向电压(即在压电体表面形成上正、下负的电场时，压电体在长度方向便会伸张;反之，若在压电体上、下表面施加反向电场(则压电体在长度方向就会收缩。
当对压电体施加交变电场时，在压电体中就会激发出某种模态的弹性振动。
当外电场的交变频率与压电体的机械谐振频率一致时，压电体就进入机械谐振状态。
成为压电振子。
当振动频率在20kHz以上时，就属于超声振动。
二、椭圆运动及其作用超声振动是超声波电动机工作的最基本条件，起驱动源的作用。
但是(并不是任意超声振动都具有驱动作用，它必须具备一定的形态(即振动位移的轨迹是一椭圆时，才具有连续的定向驱动作用。
图9-3所示质点的椭圆运动示意图，设定子(振子)在静止状态下与转子表面有一微小间隙(当定子产生超声振动时，其上的接触摩擦点(质点)A做周期运动(轨迹为一椭圆。
当A点运动到椭圆的上半圆时，将与转子表面接触(并通过摩擦作用拨动转子旋转;当A点运动到椭圆的下半圆时，将与转子表面脱离，并反向回程。
如果这种椭圆运动连续不断地进行下去(则对转子具有连续的定向拨动作用。
超声电机的驱动系统
三 超声电机的驱动电路
如图3，电路 主要包含四部分 模块: 1，信号的产生 2，信号的放大
3，功率的移相
4，信号的输出
1，信号的产生
是由L1,L2和C5组成的振荡回路产生。
2，信号的放大
是由一个反馈从放大器 的集电极通过一个电容 C2接回LC振荡回路实现 的，经过放大后输出单 相电路，如图4所示。
超声电机是利用逆压电效应,逆压电效 应是在压电材料的相应部位间加上电压,产 生一定的电荷分布,材料会发生相应的形变, 在此种压电材料上加上某种特定频率的交 变正弦信号,材料就会产生随所加电压的变 化规律而变化的机械形变,这种机械形变推 动周围介质振动,产生疏密相间的机械波. 如果其振动频率在超声范围,这种机械波就 叫超声波。
3，信号的移相
将振,对输入信号产生了 180度的移相,从而我们得到了两 路电压峰峰值相等,相位相差的信 号,如图5. NPN共射晶体管Q6和其 他相关元件实现。
4，信号的输出
振荡电路信号正振荡电路产生的初始 信号为了得到电压峰峰值比较高的超 声信号,需要使用了所谓推挽式的逆变 电路,即图3中由4对大功率的达林顿管 Q2、Q3、Q4、Q5组成2组信放大电路 (Q2和Q5一组,Q3和Q4一组).将前面所 得到的2路相差为180度的信号用来控 制这两组信号放大电路的导通和关断. 因此当Q2和Q5导通,Q3和Q4关断时输出 交流电压的正半周;当Q3和Q4关断Q2和 Q5导通时输出交流电压的负半周所以 Q2、Q5和Q3、Q4轮流导通时,在小型升 压变压器两端就可以得到交流电压信 号(图6).
一 超声电机的动力
超声电机不像传统的电机那样， 利用电磁的交叉力来获得其运动和 力矩。超声电机则是利用压电陶瓷 的逆压电效应和超声振动来获得其 运动和力矩的，将材料的微观变形 通过机械共振放大和摩擦耦合转换 成转子的宏观运动。在这种新型电 机中，压电陶瓷材料盘代替了许许 多多的铜线圈。
超声波电机的原理与应用
超声波电机的原理与应用周传运 超声波电机(Ultrasonic Motor ,USM )是国外近20年发展起来的一种新型电机。
事实上,在超声波电机问世之前,已有以压电效应驱动的电机,但其频率并不局限于超声波范围。
早在1948年,威廉和布朗就申请了“压电马达”的美国专利;1964年,前苏联基辅理工学院设计了第一个压电旋转电机;1970～1972年,西门子公司和松下公司发明了压电步进电机,不过因无法达到较大的输出转矩而没能实际应用。
1980年,日本的指田年生研制成超声波压电电动机(即现代意义上的超声波电动机),克服了传统压电电动机转换效率低和变位微小的缺陷,使压电电动机进入工业实用阶段。
一、超声波电机的原理和结构超声波电机的原理 超声波电机利用压电材料的逆压电效应①产生超声波振动,把电能转换为弹性体的超声波振动,并把这种振动通过摩擦传动的方式驱使运动体回转或直线运动。
磁极和绕组,它一般由振动体②和移动体③组成,为了减少振动体和移动体之间相对运动产生的磨损,通常在二者间加一层摩擦材料。
当在振动体的压电陶瓷(PZT )上施加20KHz 以上超声波频率的交流电压时,赫的超声波振动,使振动体表面起驱动作用的质点形成一定运动轨迹的超声波频率的微观振动(振幅一般为数微米),如椭圆、李萨如轨迹等,该微观振动通过振动体和移动体之间的摩擦作用使移动体沿某一方向做连续宏观运动。
因此,超声波电机是将弹性材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。
根据这一思想,日、德等国近几年相继研发出多种超声波电机,如环形行波USM 、步进USM 、多自由度USM 等,且行波型USM 已有较成熟的设计。
下面以行波型USM 的旋转说明其工作原理。
行波型USM 要旋转,需具备两个条件:与转子相接触的定子表面质点须做椭圆运动,定子、转子之间的接触面须有摩擦力。
图1中的弹性体为定子,其上部为转子,定子、转子间夹一层摩擦材料。
超声波马达原理
h 2
h 2
h 2π 所以 ： ε x = x − ω0 t −πε 0 cos λ λ
εy εx 1 + = ε 0 πε 0 h λ
2 2
弹性体表面上任意一点 P 按照椭圆轨迹运动，这种运动使弹性体表面质 点对移动体产生一种驱动力，且移动体的运动方向与行波方向相反。
2 uy
ξ
2 y
= sin 2 φ
当 ϕ =nπ (n=0, ±1, ±2, …)时，两个位移为同相运动，合成轨迹为一条直线；当
ϕ ≠ nπ 时，其轨迹为一椭圆，其中 ϕ =nπ ±
π
2
时为一规则椭圆 ：
三、 行波电机结构与工作原理 1、结构 常见的行波电机的结构分为：上端盖、轴承、弹簧、转子、定子和下端盖。 定子上面有很多齿状结构，齿状结构下面连接的是压电振子。转子和定子的齿状 物之间是一层特殊的摩擦材料，起增大摩擦因数作用。
根据激励两个驻波振动的方式不同,驻波超声波电动机分为：
纵扭振动复合型:采用两个独立的压电振子分别激发互相垂直的两个驻 波振动，合成弹性体表面质点的椭圆振动轨迹。 模态转换型：模态转换型仅有一个压电振子激发某一方向的振动，再通 过一个机械转换振子同时诱发与其垂直的振动，二者合成弹性体表面质点的 椭圆振动轨迹，驱动移动体运动。 3. 椭圆运动及其作用
λ
yB = ε 0 cos
2π
λ
λ
x cos ω0t
在弹性体中，这两个驻波的合成为一行波:
2π y = y A + yB = ε 0 cos x − ω0 t λ
3) 在 USM 中形成行波 USM 的定子由环形弹性体和环形压电陶瓷构 成，压电陶瓷按图示的规律极化，即可产生两个在时间和空间上都相差 90° 的驻波。 极化规律：将一片压电陶瓷环极化为 A、B 两相区，两相区之间有 λ/4 的区域未极化，用作控制电源反馈信号的传感器，另有 3/4 波长的区域作为 两相区的公共区。极化时，每隔 1/2 波长反向极化，极化方向为厚度方向。 图中“+”“−”代表压电片的极化方向相反，两组压电片空间相差 λ/4，相
超声波电动机
人耳能感知的声音频率，约为50Hz ～20kHz之范围，因此超声波为20kHz 以上频率之音波或机械振动。超声波电 动机与传统的电磁式电动机不同,它是 利用压电陶瓷的逆压电效应，将超声振 动作为动力源的一种新型电动机，其外 形如图所示。
利用电压源驱动，发生向右方向传播的进行波 (顺转)。 B相利用电压 源进行波方向为向左传播的进行波(逆转)。下图为单压电芯片型超声波 电动机等效电路图。
二、超声波电动机的特点及应用
1. 超声波电动机的特点
（1）低速大转矩、效率高。 （2）控制性能好、反应速度快。 （3）形式灵活，设计自由度大。 （4）不会产生电磁干扰。 （5）结构简单。 （6）震动小、噪音低。
2. 超声波电动机工作原理 超声波电动机的工作是在极化的压电晶体上施加超声波频率的交
流电，压电晶体随着高频电压的幅值变化而膨胀或收缩，从而在定子 弹性体内激发出超声波振动，这种振动传递给与定子紧密接触的摩擦 材料以驱动转子旋转。
2. 超声波电动机工作原理 当使用振动材质为压电陶瓷，两个电压源以适当的间隔配置。A相
一、超声波电动机的结构和工作原理
1.超声波电动机的结构 超声波电动机一般由定子（振动部分）和
转子（移动部分）两部分组成，如图所示。该 电动机中既没有线圈也没有永磁体，其定子是 由压电晶体、弹性体(或热运动器件)、电极构 成的；转子为一个金属板，转子均带有压紧用 部件，加压于压电晶体上，定子和转子在压力 作用下紧密接触。为了减少定子、转子之间相 对运动产生的磨损，通常在两者之间(在转子 上)加一层摩擦材料。
2. 超声波电动机的应用
由于超声波电动机具有电磁电动机所不具备的许多特点，尽管 它的发明与发展仅有二十多年的历史，但超声波电动机已在照相机 的自动变焦镜头、微型飞行器、电子束发生器、智能机器人、焊接 机、轿车电气控制设备、航空航天工程、医疗理分析 2. 超声波电动机的特点和应用
超声电机的工作原理分析
• 按照超声电机利用的波型的差异可以将超 声电机分为行波型、驻波型等。仅用单相 输入信号的驻波型旋转超声电机，具有驱 动和控制电路简单，尺寸小等突出优点。
• 该种超声电机的原型样机最先由日本的等 人研制成功，他们对这种电机的运动机理 的定性解释为：由单相信号激励出的驻波 模态可以分解为两个同频率、空间相差 90°的模态，其中一个模态使齿做垂直振 动，另一个模态使齿产生水平方向的振动。
Hale Waihona Puke • 这样，齿在将转子顶起的同时拨动转子转 动。但他们并没有做任何的数学推导。本 文将从振动分析角度，通过假定单相激励 下驻波型旋转超声电机的工作模态的方法， 得到了定子上齿的运动方程，由此阐明了 单相驻波型旋转超声电机的运动机理。
• 单相驻波型旋转超声电机定子上齿的运动 特性本文叙述的单相驻波型旋转超声电机 的结构如。定子上的齿是这种电机结构设 计中必不可少的一部分，用来产生驱动力。 因此，研究齿的运动特性可以使我们对这 种电机的工作原理有更深入的了解。
超声电机保 护器
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超声电机的工作原理分析
• 超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效 应，使定子产生超声波振动，并通过定、 转子间的摩擦界面驱动转子的新型电机。 与传统的电磁电机相比它具有惯性小、响 应快、控制特性好、不受磁场影响、断电 自锁、低速大扭矩、无齿轮箱等特性。
超声波电机工作原理
超声波电机工作原理
超声波电机是一种利用超声波振动产生机械运动的电机，其工作原理基于超声波的压电效应和谐振效应。
以下是超声波电机的基本工作原理：
1. 压电效应：超声波电机的关键部件是由压电陶瓷构成的振动片。
压电陶瓷具有压电效应，即当施加电场时，陶瓷发生机械变形，而当施加机械应力时，陶瓷产生电场。
2. 超声波振动产生：通过在压电陶瓷上施加高频交变电压，可以使陶瓷片振动，产生超声波。
这种超声波通常在20 kHz以上，远远超出人耳可听范围。
3. 谐振效应：超声波电机采用谐振效应，即在特定的频率下，振动片的振动幅度达到最大值。
通过调整施加在压电陶瓷上的电压频率，使其与振动片的谐振频率匹配，可以提高振动效率。
4. 工作部件：超声波电机中通常包含振动片、导向块和负载。
振动片振动时，通过导向块将振动传递到负载上，从而实现机械运动。
5. 无刷结构：由于超声波电机是通过振动产生机械运动，通常不需要传统电机中的刷子和换向器。
因此，超声波电机具有无刷结构，减少了摩擦和磨损。
超声波电机的优点包括高效率、精密控制、低噪音、无电磁干扰等特点。
它在一些需要高精度、低噪音、快速响应的应用领域得到广泛应用，如光学设备、精密仪器、医疗器械等。
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第二章超声波电机的驱动原理本章从压电陶瓷的特性出发，系统地叙述了超声波电机中压电陶瓷的压电效应和逆压电效应，并对其相关的参数进行了系统的讨论。
本章还将几何分析法和弹性动力分析法相结合，分析了定子表面质点的椭圆运动的形成，论述了行波型超声波电机的运行机理，为行波型超声波电机的建模、设计制作、实验研究以及驱动电源和控制系统的研究提供必要的理论指导。
2.1 压电效应与压电陶瓷[21-25]压电陶瓷作为超声波电机能量转换的媒介，它起着为超声波电机提供驱动力的重要作用，如同人体的心脏一样。
因此，研究超声波电机就必须对压电材料特性有深入的认识和了解，才能掌握超声波电机的运行机理并能正确地选择和使用压电材料。
在研究超声波电机的驱动机理前，首先从压电陶瓷与普通陶瓷的最重要的区别——压电效应开始。
2.1.1 压电效应压电效应（Piezoelectric Effect）早在1880年，法国的两位科学家——居里（Curie）兄弟，在研究石英晶体的物理性质时，发现了一种特殊的现象，这就是若按某种方位从石英晶体上切割下一片薄晶片，在其表面上敷上电极，当沿着晶片的某些方向施加作用力而使晶片产生变形后，会在两个电极表面上出现等量的正、负电荷。
电荷的面密度与施加的作用力的大小成正比；作用力撤销后，电荷也就消失了。
这种由于机械力的作用而使晶体表面出现电荷的现象，称为正压电效应，如图2-1所示。
后来人们又在其它一些晶体上进行了类似的实验，发现有许多晶体都具有这种现象。
这些具有压电效应的晶体统称为压电晶体。
发现正压电效应的第二年，也就是1881年，由李普曼在理论上预言，由居里兄弟在实验上证实了另一种物理现象：将压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，会使图2-1 正压电效应示意图图2-2 逆压电效应示意图（实线代表变形前的情况，虚线代表变形后的情况）压电晶体发生形变，而形变的大小与外电场的大小成正比，电场撤除后，形变也消失。
这种由于电场的作用而使压电晶体产生形变的现象，称为逆压电效应，如图2-2所示。
实验证明，凡具有正压电效应的晶体，也一定具有逆压电效应，二者一一对应。
正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。
通过压电效应，把力学量（应力T和应变S）与电学量（电场强度E和电位移D或极化强度P）互相联系在一起，这称为机电耦合。
压电陶瓷可以看作是无规取向（图2-3（a））的微晶群。
由于这种无规取向和微晶中的畴结构，烧结后的陶瓷体（从宏观尺度来看）是各向同性的，同时也不呈现压电效应。
压电陶瓷通过极化处理可以在任意选择的极性方向上产生压电性，这种极化要在略低于居里点的温度下，将陶瓷置于强电场之中进行。
金属电极通常被敷在材料的表面，电压加在两电极之间。
如果陶瓷体在电场方向伸长。
由于微晶的无规取向和晶体内偶极子只能有某些允许的方向这一事实，因此，用电场作用来达到理想的偶极子排列（图2-3（b））是不可能的。
但是，在每个微晶内允许有几个方向，因此，用电场有可能获得适当程度的取向排列。
在产品冷却并除去极化电场后，偶极子不容易回转到原来位置，这种现象被称为陶瓷材料的剩余极化。
这时陶瓷体就变成了永久性的压电体，可将机械能转换为电能，或将电能转换为机械能。
因此，极化处理对于这类材料是很必要的，通常这是最后一道工序。
图2-3 压电材料中（畴的）电偶极子（a）极化前（b）极化后（理想状态）图2-4说明了压电陶瓷圆柱体的压电效应。
为了清楚起见，已将该效应放大。
图2-4（a）表示在空载条件下的圆柱体，如果加上一个外力使材料产生压缩或伸张应变时，产生的形变就引起偶极矩变化，结果便在电极之间出现电压。
如果机械应力使陶瓷体恢复到原来形态、即极化前的形态（图2-4（b）），量得的电压极性就将与极化电压的极性相同。
当机械应力反向时，电极上的电压也将反向（图2-4 （c））。
如果将与极化电压极性相反的电压加到电极上，圆柱体就会缩短（图2-4（d））。
若外加电压的极性与极化电压的极性相同，圆柱体就将伸长（图2-4（e））。
当加上交流电压时，圆柱体就将交替地伸长和缩短（图2-4（f））。
由此可见，压电效应是晶体在机械力的作用下发生形变而引起带电粒子的相对位移（偏离平衡位置），从而使得晶体的总电矩发生变化而造成的。
晶体是否具有压电性，是由晶体的结构性这个内因所制约的。
具有对称中心的晶体永远不可能具有压电性。
图2-4 在一个压电陶瓷圆柱体上的压电效应（为清楚起见，只示出一个偶极子）2.1.2 压电方程在机电复合作用的情况下，得到同时有一个力学参量T或S和一个电学参量E或D为自变量的压电陶瓷机电耦合效应的方程式，称为压电方程。
压电材料的压电特性是机械量和电学量相互转化的表现，必然有内在的、本质的联系。
常用的压电线性静态方程就是描述这种本构关系的。
所谓静态是指等温条件，且振动元件的工作状态假定为绝热过程；线性指一定条件下压电关系是线性或近似线性的。
为了实用上的简便，当讨论压电材料的压电方程时，忽略磁场的影响。
压电材料属于电介质，在电场作用下，可以引起电介质中带电粒子的相对位移而发生极化。
在电场作用下未受应力的压电材料的电学条件可由两个参量来确定——电场强度E和电位移D，其关系为E=(2-1)Dε式中，ε为压电材料的介电常数。
压电晶体也具有一般弹性体的弹性行为。
在零电场强度下的机械条件由两个机械参量确定——所加的应力T和应变S，其关系为sTS=(2-2) 式中，s表示压电材料的柔顺系数。
压电性包括了介质的电性能和机械性能之间的相互作用。
这种相互作用可以非常近似地用两个电和机械变量之间的线性关系来描述。
E dT D dET s S T E ε+=+= (2-3)式(2-3)即为压电陶瓷的压电方程，自变量的选择（一个机械变量T 和一个电变量E ）是任意的。
以上给出的一对压电方程式相当于一组自变量的特殊选择。
用同样的方法能够得到下列方程式：gDT s S DgT E D T +=+-=ε (2-4)hDS c T DhS E D S -=+-=ε (2-5)eE S c T EeS D E S -=+=ε (2-6)在这些方程式中，g d s s S T E 和,,,,D εε是主要的实用常数，因而对它们有必要作进一步的解释。
符号的上标表示该参数在边界条件下保持常数。
例如，如果将电极短路，通过压电体的电场就保持常数，用上标E 表示，若将电极开路，则电位移就保持常数，并用上标D 来表示。
因此，E s s ,D 分别是恒定电荷密度和恒定电场时的特殊弹性柔顺系数（应变与应力之比）。
S T εε,则分别为恒定应力和恒定应变下的介电常数（电位移与电场强度之比）。
由式（2-3）和（2-4）可得出：有两种方法来定义压电（应变）常数d 和g ，即d 既可由S 和E 的商，也可由D 和T 的商来定义；同样地，g 也可由另外两个商来定义（见表2-1）。
表达式（2-5）和（2-6）中的E D c c 和是弹性劲度（应力与应变之比），h 和e 是压电（应力）常数，在实际中很少应用，这里就不做详细介绍了。
经过以上分析，压电晶体的本构关系就可一般描述为式（2-3）或（2-4）的形式。
利用这些表达式，结合电学、力学原理就可在理论上找到解决设计压电超声波电机时涉及压电特性的一些问题。
2.1.3 压电陶瓷2.1.3.1 压电陶瓷材料具有压电性能的晶体称为压电晶体。
常用的具有压电效应的单晶体主要是石英。
1947年，罗伯兹（Roberts ）发现在BaTiO 3陶瓷上施加高直流电压，便呈现强的压电效应，撤除电压之后，仍持续显示这种效应。
以发现BaTiO 3为开端的铁电体研究在物理学上引起了极大的关注，为压电陶瓷的应用揭开了序幕。
目前超声波电机常用的压电材料是PZT 系列的压电陶瓷，属于多晶体，化学式是Pb(Zr-Ti)O 3，是由美国的贾菲（Jaffe ）等人发现的PbZrO 3-PbTiO 3二元系固溶体，其机电耦合常数接近BaTiO 3陶瓷的一倍，约达50%。
PZT 陶瓷的出现反映了压电材料发展的一个新水平，如在约10毫米厚的元件上加机械压力，就可能产生一万伏以上的高电压。
若在PZT 上加入微量的添加物或置换元素进行改性后，具有高机电耦合系数、高机械品质因数和高稳定性等各种特性，在使用温度范围内没有相变点，温度特性相当稳定，有较高的居里点，更适合于在超声波电机上的应用。
压电陶瓷性能的好坏是影响超声波电机性能好坏的重要因素之一。
而压电陶瓷性能的好坏，又与它的制造工艺密切相关。
压电陶瓷的制造工艺和一般电子陶瓷的工艺类似，但也有它本身的特殊性。
由于压电陶瓷中含有大量的铅氧化物，所以防止铅在高温下的挥发是一个重要问题。
压电陶瓷工艺中最重要的是预烧（合成）、烧结（致密化）和人工极化这三个关键工序。
2.1.3.2 压电陶瓷的主要性能参数描述压电陶瓷的压电性能主要是用一些参数来表示的，下面就介绍一些在设计超声波电机中需要用到的主要的参数。
1、介电损耗和电学品质因数压电材料是电介质，如果在电介质电极板两端作用交流电压，介质所积蓄的电荷有两种分量：一种为有功部分（电压与电荷同相），另一种为无功部分（电压与电荷异相）。
有功部分就是产生能量损耗，并由此变为热能。
这种损耗称之为介电损耗。
产生介电损耗的原因比较复杂，其中一个原因是由极化迟滞造成的。
极化迟滞是指电介质突然受到静电场的作用时，往往要经过一段时间，极化强度才能达到其稳态最终值的现象；这种现象是由于介质中电畴取向极化和空间电荷极化造成。
介质在交变电场作用下，迟滞现象使极化追随不及而产生滞后，从而产生介电损耗。
损耗系数通常用损耗角δ的正切值δtan 来表示，其定义为异相分量和同相分量的比值，这个关系可用图2-5清楚地表示。
如图2-5所示，如果工作频率远低于谐振频率，并且没有介电损耗，一个陶瓷晶片的电学性能如同一个电容器，通常称为静态电容0C ；当有介质损耗时，在电路中多了一介质损耗电阻，用d R 表示。
这样，压电陶瓷片的交变作用下，介质中电流包括两部分，第一个分量与电压同相，是电流的有功分量，第二个分量比电压超前2π，是电流的无功分量。
矢量图解见图2-5。
φ表示总电流与电场的相位差 ，δ是φ的余角，称作介质无功损耗角。
R I 表示消耗电能使介质发热的有功电流分量，C I 为流向静电容0C 的纯电容部分的电流。
δtan 就可由两个电流分量之比来表示dC R R C I I 01tan ωδ== (2-7) 另外还可定义δtan 的倒数为介质的电学品质因数e Qd e R C Q 0tan 1ωδ== (2-8) δtan 是判别压电材料性能好坏和选择应用于超声波电机上的材料的另一个重要依据。
δtan 越小，则材料性能越好，超声波电机本身的功率损耗也就越小；另外由于介电损耗与温度、电场强度以及交变电场的频率有关，因而介质损耗δtan 与这些物理量有关。