ANSYS短柱超声波电机支撑的研究(2)
，但由于技术条
件限制未制成样机。从上世纪吹冰十年代起。苏联科学家开始进行 USM 的研究工作[3]
。
1963年 M．E．Archangelskij 设计了一台利用轴向、弯曲耦合振动的振动片型 USM。
1964年 v.v.Lavir－enko利用压电陶瓷片制作了第一台旋转型 USM，并用等效电路法
分析了压电陶瓷片的振动。在 1970—1972 年间，Siemens 和 Malsnshita 电子工业公
司研制出了具有实际应用前景的USM[4]
。1973 年，IBM公司H．v garth 提出了利用楔
形超声振子推动转子的机构[5]
。1978 年，前苏联 Vasiliev 等成功地设计了一种能够
驱动较大负载的 USM，采用两个金属块夹持压电元件的结构，利用振动片纵向振动及
其所诱发的弯曲振动，通过摩擦力驱动转子运行。1980年，日本指田年生在 Vasiliev
研究的基础上，提出并成功地制造了一种振动片型 USM。该电机定子由一个螺栓紧周
型振子和薄振动片组成，振动片以微小倾角压于转子之上。当振子以超声频率纵向振
动时，薄片末端形成椭圆运动对转子产生足够的驱动力，成为第一个满足实际使用要
求的USM。
1982 年指田年生发明了行波型 USM，利用行波在有限弹性体内传播时表面质点产
生的椭圆运动来推动转子转动，由此促进了各种振动模态 USM的产生。包括新生、松
下、佳能、日电等公司和东京工业大学、山形大学、东北大学等高校在内的众多公司、
研究机构和大学，先后对 USM 进行了大量研究和开发，USM 进入了大规模实验研究和
实用化开发阶段。各种不同结构的 USM不断涌现，驱动控制电路和应用产品专利层出不穷[6]。
1985 年松下公司伊势等人以指田年生提出的行波型 USM为基础，采用一种梳齿结
构的定子，在基本不影响定子刚度的情况下扩大了定子的振幅，大大提高了电机的效
率，被后续的多种 USM 广泛采用。1985 年 NEC 的熊田明生提出了扭转耦合型 USM[7]，
1987年东京工业大学的黑泽实和上羽贞行提出了纵扭复合型 USM，使 USM 向输出大扭
矩方向发展。1987年，佳能公司将其开发的圆环行波型 USM正式应用于 EOS照相机自动调焦系统 ，此后 USM 新产品不断地被研制出来并推向市场。日本在 USM 方而的成
功引起了其他国家的广泛重视，德、法、美、英、中、韩等国纷纷于八十年代末投入
到USM 的研究行列中。
进入九十年代．伴随着各种各具特色 USM 的出现，各国将USM的件能研究放到了
重要位置，建模与分析、驱动控制逐渐成为研究的主要内容。另外，在大力矩 USM、
微型USM 及多自由度 USM等方向的研究也不断深入[9]
。
1.1.2 超声波电机的国内外研究现状
20 世纪初，美国和原苏联科学家均发现了 BaTi03 陶瓷的铁电性，为压电陶瓷的
发展奠定了基础。1942 年，美国学者 Willians A 和 Brown W 申请了第一个超声波电
机的专利。1947年，Robert S发现在 BaTi03陶瓷上加直流偏压，呈现强的压电效应，
为压电陶瓷的广泛应用揭开了序幕。1954 年贾非等人发现锆钛酸铅(PZT)系固溶体在
多形相界附近具有良好的压电和介电性能，其机电耦合系数为 BaTi03 陶瓷的一倍，
为超声波电机提供了新型的压电材料[10]
。
最早将超声波电机产业化的是日本 T. Sashida 教授于1980年提出并成功制造了
一种驻波型超声波电机。该电机使用 Langevin 激振器, 驱动频率17. 8kHz, 输入功
率 90W , 输出扭矩 0. 25N*m。这是第一个满足了实际需要的超声波电机。目前日本
很多种类的超声波电机已经实现产业化, 在国民经济中发挥着重要作用。如摇头式棒
下一篇：直线型超声波电机的研究