ANSYS柱体超声波电机的研究(2)
比传统电磁电机要优越很多。超声波电机在工业生产领域、自动化控制、精密测量工
具等范畴都有着十分广大的应用远景，近些年来受到各个不同领域尤其是科技界和工
业界的看重，其研究和发展更是成为当前非连续驱动控制范畴研究中的一个炙手可热
的问题。
1.1.1 超声波电机的特性
1. 超声波电机的优点：
(1)低速、大转矩
因为受到振动体振动频率的限制，超声波电机的速度不会太高。此外，定转子是
通过它们之间的摩擦来传递能量的，因此它是一种低速电机。过快的振动将使电机定
转子之间产生难以想象的磨损和过热。超声波电机的这种特性使得其经常作为直驱电
机来使用，而且其小巧精便的特征使得它与传统电磁电机相比具备更小的转动惯量以
达到较高的控制精度和响应速度。
(2)结构精密简单、适合于进一步小型化设计
超声波电机结构精简，一般由转子、压电陶瓷和振动体等部件组成，且与传统电
磁电机相比无齿轮减速机构，这使得超声波电机质量轻便，更加易于微型化。
(3)运行时很安静
超声波电机的超声振动在人耳听觉范围之外，不会像传统电磁电机那样齿轮间发
出很大的噪声，超声波电机在运行时非常安静。
(4)不产生电磁噪声、抗电磁干扰性能好超声波电机的驱动方式决定了其与传统电磁电机相比，省去了磁极和线圈，运行
时既不会对外界产生电磁噪声，又不会受外界电磁场的影响。
(5)断电自锁
超声波电机的驱动方式决定了其在不接入激励的静止状态下，定转子之间仍然保
持着相当大的静态力矩，使得超声波电机在无输入激励信号时能够继续文持制动状
态。
(6)响应速度快、制动性能好
由于超声波电机的惯量小、控制电路简单，其启动和制动特性非常迅速，这对超
声波电机的时时控制是非常有益的。
(7)微调特征
超声波电机具有较高的位移分辨率，能够通过微小的位移调节来实现准确定位。
(8)直接驱动
超声波电机的直接驱动方式，不但解决了电磁电机减速机构产生的噪声问题，而
且省去了定转子间的润滑系统，大大减小了润滑材料产生的废料对生态环境的破坏。
超声波电机除了具备上述优点外也存在下列几方面不足：
a. 输出功率小
b. 能量转换流程多而导致效率较低
c. 能量只能由电能转化为机械能，不可逆转
d. 优化设计和制造工艺的只针对指定结构原理的超声波电机，普遍适用性差
e. 驱动方式决定定转子间存在磨损
f. 定转子所选用材料的性能差异严重影响电机的使用寿命
g. 超声波电机的超声振动需要专门的高频电源来提供激励
h. 超声波电机各零部件的制造对工艺技术水平的精度要求较高， 从而导致成本较高，
与微电磁电机相比不具备性价比优势。
1.1.2 超声波电机的分类
虽然超声波电机从产生到现在才短短几十年的时间，但是却凭借其灵巧精便等诸
多特性打破了过去传统电磁电机在电机领域的主导地位，是对电机概念的补充。超声
波电机作为一种全新概念的电机，具有多种多样的形式和结构，这也使得在新的结构
和新的机理基础上的超声波电机的研发如雨后春笋般源源不断。超声波电机的分类多种多样，本文将就其驱动方式、定转子接触方式、基本运行方式以及超声波电机的结
构将超声波电机作以下分类。