ANSYS短柱超声波电机支撑的研究(4)
加了闭环系统的稳定性，使得定位调整频率可高达 1kHz，而电磁电机仅能达到 100kHz
左右[14]。
1.2.2 超声波电机的特点与不足
特点：1）低速、大转矩[14]
；2）无电磁噪声、电磁兼容性好；3）动态响应快、
控制性能好；4）断电自锁；5）运行无噪声；6）微位移特性；7）结构简单、设计形
式灵活、自由度大，易实现小型化和多样化；8）易实现工业自动化流水线生产；9）
耐低温、真空，适合太空环境。
不足：1）输出功率小；2）效率较低；3）定转子界面间材料存在磨损；4）需要
专用高频电源；5）价格较高；6）超声波电机及其驱动控制装置的寿命跟其制作材料
有着极大的关系；7）缺乏通用的超声波电机优化设计及制造工艺；8）能量不能逆转
换。
1.2.3 超声波电机的应用
由于超声波电机的性能优良，如结构简单、体积小、低速大转矩、响应速度快、
定位精度、无电磁干扰等，超声波电机被认为在机器人、计算机、汽车、航空航天、
精密仪器仪表、伺服控制等领域有广阔的应用前景，有些领域已有成功应用[15]
。
照相机的调焦中的应用: 有限元法是求解偏微分方程的一种数值计算方法。它把求解区域看作由许多小
的，在节点外互相连接的子域构成，在每个子域给出偏微分方程的近似解。由于求解
域可以被离散成不同形状和尺寸的子域，所以它能较好地适应复杂几何形状和不同材
料特性求解域。目前有限元法已有较为成熟的商用软件系统，并在工程上取得了较为
广泛的应用。
对超声波电机而言，利用有限元分析方法进行仿真计算，可模拟实际电机定、转
子的振动、接触和边界条件情况，能够全面地了解系统运行细节，获得定量化的分析
结果，因而有限元法对分析超声波电机定子振动特性及接触情况非常有效。超声波电
机振动有限元分析主要包括静态分析、模态分析、谐响应分析、瞬态分析和接触分析，
其中基本和最最关键的是模态分析。分析的目的是通过对定、转子结构的静态受力分
析使二者静态弯曲一致，达到最优配合；通过对包含压电陶瓷在内的定子最在振幅处；
对柱体超声波电机而言，通过模态分析可获得压电陶瓷放置的最佳位置；通过谐响应
分析、计算结果与实测结果的比较，可以找到适宜的阻尼系数，以估计品质因数、电
导纳及定子的位移特性，并扩展到其他的定子设计；通过瞬态分析和接触分析，可以
分析电机的运动情况和进行接触界面的分析。此外，模态分析还是进行定子优化设计
的有力工具，通过定子振动模态分析，可以不断修正定子结构尺寸，从而找到符合要
求的振型和相应的共振频率。
有限元分析法对超声波电机的设计的性能分析都有十分重要的作用。目前，已有许多
版本的有限元分析软件，各具特色，并各有不同的用途和作用[16]
。
1.4 选题的现实意义
超声波电机利用压电材料具有的逆压电效应，将电能直接转变成机械振动能，并
利用摩擦转变成旋转或其它方式运动的驱动装置。与传统的电磁电机相比，它没有绕
组和磁性元件，具有结构简单、重量轻、单位体积获得的出力大(可直接驱动)、响应
速度快、控制精度高、没有电磁噪声和电磁兼容性好等优点，另外还具有耐低温,真
空等适合太空环境的特点。超声电机是一种新的自动控制执行器，是对传统电磁型电
机的突破和有力的补充，有很大的应用前景[17]
下一篇：直线型超声波电机的研究