ANSYS柱体超声波电机两相简并(2)
1880年法国著名科学家居里兄弟皮尔•居里与杰克斯•居里在石英晶体的实验中发现了压电效应[3]。此项发现亦为以后超声波电机的研发提供了理论支持。
20世纪40年代，钛酸钡（BaTiO3）陶瓷材料被科学家发现，BaTiO3是一种强介电材料，且比较容易制备、延展性好，可制成任意形状、任意极化方向的元件。随后，在A.Williams与W.Brown两位著名美国学者的专利中首次出现了USM模型，但因当时技术条件的限制未能投入生产[1]。
20世纪70年代初叶，德国SIEMENS公司和日本Panasonic公司研制出了利用压电谐振工作的直线驱动机械，其谐振频率大约为几十千赫兹，但该直线驱动机械振幅很小，无法得到较大的转矩及输出功率，该直线驱动机械亦为超声波电机发展史上首个实体机专利[2]。70年代中叶起，前苏联专家Lavrinenco带领的研究小组研制出具有两个楔形超声波振子的数种超声波电机，此类电机均具有运动精确、成本低廉、能量转换效率高、低速大转矩等优良特性[2]。
1981年，立陶宛科学家Vasiliev构造出一种可以驱动较大负载的超声波电机，该电机定子是仅由一个Langevin振子所组成的新型超声波换能器。该种超声波换能器可激发出与转子接触的振动片在纵轴方向的剧烈振动，进而使振动片跟转子之间通过摩擦力作用驱动转子持续运动。这种超声波电机不但可以有效提高工作效率，还能大幅度增大振幅。此电机亦成为该时代最早应用于实际生活的压电作动器，被用于唱片集转盘的稳定驱动[1]。随后，日本电机领域科学家Sashida在Vasiliev所研究超声波电机成果的基础上，于1982年研制出另一种新型超声波电机—驻波压电超声波电机[1]。此电机中应用的换能器亦为兰杰文振子，其电机驱动频率可达27 kHz，输入功率为90 W，输出功率为50W，转速为2000 r/min，超声波电机的效率达到了55.6%。这种超声波电机首次在性能上达到了使用要求[1]。
1986年，日本的Takeshi Hatsuzawa较为系统地研究出了环型行波超声波电动机的速度控制特性，从而得出超声波电动机的转速与正反转切换频率、驱动频率、电压、相位差等参数之间的对应关系，这些成果也大幅度的加速了超声波电机的发展进程[2]。
1.1.2 超声波电机的国内外研究现状及发展趋势
1.1.3 超声波电机特点
1.优点
1）低速大转矩、可直接驱动，无需减速机构[1]。
2）构造简单、质量小的特点决定其惯性小、可断电自锁、快速响应[2]。
3）无磁极亦无绕组，不产生磁场、无电磁噪声[1]。
4）设计灵活、易于实现生产多样化、小型化[1,2,3]。
5）耐真空、耐低温，并且可适应太空环境。[1,2]
2.缺点
1）效率低，普通超声波电机最大效率仅可达到50%[1]。
2）功率小，电能转换及摩擦作用能量损耗都很大。
3）寿命短，需要开发新型压电材料及耐摩擦的材料[2]。
4）体积小，使得制造工艺相比电磁电机较为复杂。[1,2]
1.2 有限元分析及ANSYS软件分析方法简介
1.2.1有限元分析方法简介
数值分析的过程，其实就是一个将无限文空间转换成有限文空间，将连续的系统转换成离散的结构。有限元分析法（FEA）就是一种利用场函数对应的多个分片多项式逐步逼近的模式来实现离散化过程。有限元分析法的基函数系是大量具有微小支集的函数系，此类函数系与大范围分析相结合，可以较为清晰地反映场内任意两个局部地点场变量之间的复杂相互依赖关系[5，6]。
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