ANSYS柱体超声波电机的阻频特性计算(3)
图1-2超声波电机在照相机中的应用
2.扫描电子显微镜试料架的驱动
欧洲将超声波电机用于实验平台及微动设备，如1986年获Nobel物理学奖的扫描隧道显微镜(STM)；
图1-3扫描电子显微镜
3.太空机器人中的应用
美国在宇宙飞船、空间机器人、火星探测器、导弹、核弹头等航空航天工程中也都陆续应用了超声波电动机。美国国家航空宇航局(NASA)承担着探测火星的任务，为了满足太空机器人对电机的特殊要求，即轻重量、大转矩、能在超低温环境正常工作等，其属下的喷气推进实验室开发了直径分别为1.1、2.5和2.8英寸的超声波电机用于机器人的仪器机械臂。
图1-4太空机器人
4.核磁共振装置中的应用
西门子旭医疗器械公司（东京）把三个超声波电机用在核磁共振装置（MRI- CT)的线圈调整装置上，微调附属于线圈上的调整用电容器容量。MRI-CT使用2特斯拉以上的强磁场，普通电动机在这种强磁场中无法运转，所以不能使用，而且在调整中要计测线圈周围的磁场，不能使扰乱磁场的磁性体接近装置。可见，在这种场合下，使用不产生磁场也不受磁场干扰的超声波电机是最合适的。
图1-5核磁共振装置
1.4 超声波电机的特点
1.4.1 与传统电磁电机的比较
超声波电机(USM)是一种新型的直接驱动型微电机，由于其原理完全不同于传统的电磁电机，因而具有很多不同于传统电磁电机的特性。为了更好的理解USM在驱动控制领域可能引起的技术革新，从以下几个方面将USM与传统电磁电机进行了比较。
1.能量转换过程
传统电磁电机的定、转子皆为刚体，二者之间存在气隙，无物理接触。通常，输入电源功率由流经定子或转子线圈的电流产生气隙磁场，磁场将力施加到转子上，从而获得机械功率输出。其电能转化为机械能的能量转换过程是通过电磁感应实现的。如果不考虑定转子中磁性材料的饱和和磁滞，能量转化过程是线性可逆的，能够反过来产生电能。超声波电机的定转子直接接触，靠摩擦驱动。通常，对黏结在超声电机定子上的压电陶瓷元件旅加交变电压，能够激发出定子弹性体的机械振动，此振动通过定转子之间的接触摩擦转化为转子的定向运动。由此可见，在超声波电机中的存在着两个能量转换过程。压电陶瓷和定子间的机电能量转换是通过逆压电效应实现的，而定子和转子间的机械能量转换是通过摩擦耦合实现的。若忽略压电陶瓷和弹性材料的滞后效应，定子自由振动和压电陶瓷机电能量转换是线性可逆的，反过来能产生电能。
2.机械特性和效率
直流(DC)电机为典型的电磁电机，其转矩-转速和效率-转速曲线如图l-6所示。而USM的转矩-转速和效率-转矩曲线如图所示。对比二者的机械特性曲线和效率曲线，可以得出如下结论：USM具有类似于DC电机的机械特性，DC电机的最大效率在小转矩、高转速（接近空载速度）附近，而USM的最大效率在低速、大转矩附近。也就是说，DC电机适合高速运转而USM适合低速运转。
图1-6转矩-转速和效率-转速曲线图
3.能量密度和转矩密度
进行不同电机性能比较时，除了转矩、转速特性外，由单位质量或体积的功率输出和转矩输出表示的功率密度和转矩密度也是非常重要的指标，特别是当电机用于对重量和体积有特别要求的场合时，功率密度和转矩密度成为首要考虑的指标。
4.相应特性
电机能否用于定位控制系统在很大程度上取决于电机启停时的瞬态响应特性。应用闭环位置和速度反馈能够将定位最终控制在纳米缎精度范围内，但响应时间和频率限制却取决于电机和传动机构的动态特性，一般由输出转矩和转动惯量表示。