文 献 综 述
一、引言
超声波电动机是利用压电材料的逆压电特性，激发电机定子的机械振动，通过定转子之间的摩擦力，将电能转换为机械能输出，驱动转子的定向运动。与传统电机相比，它具有体积小、低速大转矩、反应速度快、不受磁场影响、保持力矩大等优点，成为国内外在微型电机方面的研究热点。由于超声波电机具有以上优良特性，它广泛应用于航空航天，机器人的关节驱动，微型机械技术等领域。
- 目前超声波电机技术的研究现状
1、国内研究状况
夏长亮、郑尧等教授主要研究了超声波电机定子振动，建立了带齿定子环整体三维模型，考虑了边界约束条件以及交变激励的作用，对定子振动情况进行有限元分析。最终如下结论：随着定子直径的增加，定子固有频率减小，定子的振幅却增大；随着齿高的增加，定子环刚度下降，从而使得定子频率减小。[1]
莫岳平、胡敏强等教授研究了剪切变形和转动惯量对超声波电机振动特性的影响。他们认为定子振动是超声波电机的动力源，这里给出了超声波电机定子振动的两种方程，即伯努利-欧拉梁振动方程和铁木辛柯梁振动方程。然后分别分析，最后认为：对于梁高与波长接近的柱体超声波电机而言，必须考虑剪切变量和转动惯量的影响，即必须采用铁木辛柯梁理论分析。[2]
金龙、徐志科等教授研究了双转子柱体超声波电机的运行机理。他们认为环形超声波电机在小直径条件下输出性能逐渐失去低速大转矩的特点，效率也很难提高，而柱体弯曲超声波电机则没有这样的问题。对此进行有限元分析，得到了一阶弯曲模态和与此正交的振动模态，同时阐明了柱体定子表面质点的运动轨迹在倾斜于定子端面为一椭圆。[3]
刘锦波、陈永校教授主要研究这个传递过程中的定转子接触的摩擦传动模型。他们采用基本的弹性模型，将定转子的摩擦层等效为分布的线性弹簧。最后得到了如下结论：转子的空载转速正比于定子振动幅值，但最大转矩却与定子振动幅值几乎无关；预压力的增加导致定转子接触角的增大，因而最大转矩增加；摩擦材料的厚度越薄，电机的机械特性就越硬，且空载转速、最大转矩均增大。[4]
蒋春容、董晓霄等教授研究了径向换能型超声波定子振动模型。他们分了电机的结构与工作原理，建立了定子振动的径向自由振动和受迫振动两种解析模型，并对两种模型进行数学建模和仿真计算，最后得到如下结论：在相同的外加激励电压作用下，越远离圆心的质点，一阶径向振动振幅越小；在共振频率点，定子径向振幅达到最大值，离共振频率点越远，径向振幅越小。[5]
