图1。1  双转子型柱体超声波电机结构           

图1。2  纵扭式超声波电机

1。1。1  超声波电机的特点

    超声波电机与电磁电机之间有许多不同，其特点如下：

（1）机械特性和效率：电磁电机的最大效率产生于高速运转时，超声波电机的机械特性与电磁电机是相似的，但是其最大效率产生于低速运转，那么相比于电磁电机，超声波电机更适合用于低速运转[5]。

（2）转矩密度和功率密度：超声波电机的功率密度比电磁电机要低，然而转矩密度要比电磁电机大得多。

（3）能量转换过程：传统电磁电机的定子、转子间有气隙，无直接接触；超声波电机的定子、转子间通过摩擦驱动，是直接通过摩擦接触的[6]。

（4）响应特性：电磁电机的响应时间一般大于10ms，而超声波电机的响应时间一般小于1ms，其响应时间的大幅缩短加强了系统的稳定程度，提升了性能，同时频率的调整范围也约为电磁电机的十倍左右[7]。

    超声波电机的优点总结如下：

（1）耐低温、真空，适宜太空环境。据此特性，超声波电机可以作为驱动装置，应用到宇航结构中的机械及控制系统。超声波电机能够直接驱动，避免了使用传统电机带来的润滑、噪声这类困扰。无需润滑，不单保证了电机的正常运行，还避免了润滑油脂带来的污染[8]。

（2）可实现自动化程度的工业流水线生产。传统电机需要为线圈绕组上线，不能较好的实现自动化生产；超声波电机结构简单，核心结构只有定子、转子和压电陶瓷，更易实现流水线生产。 

（3）设计形式多样化，可发展小型、多样的设计路线。超声波电机可根据需要有各种各样的结构形式，其结构部分甚至能够与应用超声波电机的控制系统中的固定及运动部件相结合，从而大大降低体积的占用[10]。

（4）微位移特性。超声波电机表面的振幅可以达到纳米数量级。位置辨别率极高，便于准确达到定位精度。

（5）运行无噪声。超声波电机其振动属于超声振动，没有齿轮减速结构，运行时没有噪声，可保持安静。

（6）断电自锁。由于静摩擦力的影响，使得断电时定子、转子间拥有足够大的静态保持力矩，从而实现了自动锁定，优化结构，简化设计[12]。

（7）控制性能好，动态响应快。超声波电机虽然机械特性与直流电机相似，其启动时的响应时间却能在毫秒范围内，并可以以1kHz的频率高效的定位调节，同时在制动时也比传统电机有更短的响应时间。

（8）电磁兼容性好，没有电磁噪声。超声波电机仅依靠摩擦来驱动，不受外磁场和其他辐射源的干扰，因为没有磁极和绕组的构造，所以其结构特性决定了超声波电机可应用在精密仪器和光学系统中[11]。

（9）低速高转矩。超声波电机的振动速率以及由摩擦驱动的特征，使得它成为了低速运行的电机。但是它的转矩密度却能达到传统电磁电机的十倍，甚至更高。可直接驱动执行结构是其他驱动装置所不能做到的。因此不仅减重减体积，还能提高刚度、响应速度以及控制精度[13]。

1。1。2  超声波电机的应用

    传统的电磁电机已有百年的发展历史，其研发程度已渐趋完善，但由于工作原理和结构的约束，使其不能满足当前日益发展的科研文化水平。全世界都一直在研制新型电机，因此，在上世纪八十年代，超声波电机得到问世并迅速发展起来。与传统电机使用电磁效应原理来运行的构造完全不同，超声波电机让定子和转子直接接触，通过压电效应及超声机械振动来产生驱动力[14]。新颖的结构满足了尖端科技对电机无噪声、量轻、响应快的要求，成为了科技前沿的技术核心。