ANSYS环形行波型超声波电机的阻频特性计算(2)
1．1 超声波电机的类型
超声波电机（ultrasonic motor,简称USM）不同于任何一种传统式电磁电机，没
有磁极和绕组。由于超声波电机有多种多样且结构十分灵活的特点，所以可以根据超
声波电机的工作模态等区别，将超声波电机按照进行分类。
按照电机的工作模态划分超声波电机的类型，可分为行波型超声波电机，驻波型
超声波电机以及混合型超声波电机，具体分类如下所示： 1．2 超声波电机的特点，发展，应用及前景
1.2.1 超声波电机的特点 超声波电机作为新型微特电机，其工作原理完全不同于传统电磁电机，这也导致
超声波电机与其它传统电机相比具有许多的优点，同时，也有一些不足。
（1）超声波电机的优点：
1. 结构简单、设计形式灵活、自由度大[2]
。
超声波电机利用压电元件可选择不同的振动模式和工作模态，所以在设计上有很
大的弹性。可以根据实际的需求，设计成不同的形状，如环形、球形、旋转型、直线
形等。
2. 转速较低，转矩较大。
在超声波电机中，超声振动的幅度一般情况下不会超过几微米，且振动速度仅仅
为几厘米每秒到几米每秒。超声波电机的转速一般情况下很低，每分钟仅仅只有十几
转到几百转。所以和传统的电磁电机相比，超声波电机在低转速时能够表现出较高的
转换效率。
3. 保持力矩大，宏观表现为起停控制性好。
因为激振元件采用大功率密度的压电陶瓷材料，导致超声波电机能大力矩输出。
同尺寸的超声波微电机和静电微电机相比，力矩高3-4个量级：与传统的电磁微电机
相比，高1．2个量级且输出转速也比其它类型的微电机低。
4. 响应速度快、控制精度高
超声波电机转矩大、空载转速低、转子的惯量小，导致其定、转子之间的摩擦力
相当大，所以其响应时间通常非常小[5]。
5.无电磁污染,且不受电磁干扰。
因为超声波电机没有磁极，且超声波电机在其运行时是不通过电磁场传递能量的，
所以对外界电磁场的抗干扰能力非常强，同时，超声波电机对外界也不产生任何电磁
干扰，所以超声波电机特别适合在强磁场环境下工作。
6.无噪声。
超声波电机的一般在频率 20kHz 以上工作，已经超出了人类的听觉范围。同时，
由于超声波电机拥有无齿轮箱等减速机构的特点， 使超声波电机体积减小，重量减轻，
而且使其运行时非常的安静，噪声极小。
（2）超声波电机的不足：
1、成本较高，价格较高
超声波电机对于制作材料，以及高精度的加工工艺等要求，使的超声波电机成本价格过高。
2、电机的驱动控制部分同电机的本身相比，显得过于庞大臃肿。
3、效率较低，输出功率小。
超声波电机在高频激励下的运行过程中，会产生两种能量转换：一种是因压电陶
瓷的压电效应而产生的电能转换为机械能的过程，另一种转换则是定子的振动转换为
转子的轴向输出，这两个过程都存在着一定的能量损耗，尤其是第二个过程。同时，
由于能量转换传递的环节过多，从而使得能量的转换效率比较低。目前，环形行波型
超声波电机的能量转换效率比较低，最大输出功率不大于 50Ｗ[2]。
4、寿命较低。
超声波电机的寿命与电机的制作材料有着很大的关系，例如，由于转子、定子之
间是通过摩擦来传递能量，导致摩擦界面上存在磨损问题，所以摩擦材料的磨损会间
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