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4.2有支撑定子模态分析 20
4.3本章小结 26
5 定子振动的谐响应分析 27
5.1无支撑时谐响应分析 27
5.2有支撑谐响应分析 28
5.3本章小结 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
超声波电机（USM）相较于传统的电机来说，无论是原理还是应用都有许多地方不同。传统的电机在传递能量时，需要通过内部进行电磁感应来实现这一过程。而超声波电机并不需要这样，它可以通过定子中压电陶瓷所具有的逆压电效应，使定子可以在超声波频率内（≥20kHz）进行振动，之后由定转子间摩擦力作用，可使转子得到转动所需的能量[1]。超声波电机涉及了多种学科交叉，其中包括了电机学，超声学，振动学，自动控制等多种学科。下面，本论文会针对超声波电机的各个方面进行一个比较系统与详细的说明。
1.1 超声波电机的发展历史及研究现状
1.2超声波电机的分类
超声波电机并没有固定的结构形式，可以根据不同场合的不同需求来选择合适的结构形式。因为压电陶瓷获得极化的形式并不唯一，这就导致了定子可以有不同形式的振动方式。随着技术的不断进步，近年来出现了多种新型超声波电机，如圆环型，扭曲复合型等。根据不同的分类要求，对于此种电机的分类方式也有多重形式。若按驱动方式的不同分类可以把电机分为行波型和驻波型；若按电机中定子与转子的接触方式分类可以分为接触型和非接触型；按定子椭圆运动方式分类可以分为单振动型和多振动型等不同的形式[9]。其中，本文主要介绍的是环形行波型超声波电机，这种电机研究的理论最为透彻发展更加成熟，取得的成果 也最多。
1.3超声波电机的特点
超声波电机有许多其特有的优点：
（1）低速大转矩：一般来说，超声波电机的振幅只有微米级，振动的速度也不会超过每秒几米。定子转子之间接触紧密的话，转子速度由受定子振动速度来确定，所以，电机的转动速度会很慢。而定子与转子之间主要还是要靠摩擦力来传递振动，所以两者间的转矩很大。
（2）体积小，质量轻：超声波电机的结构中没有磁铁也没有线圈，因此体积与重量都减少很多。
（3）反应迅速，控制性能好：超声波电机的体积小，质量轻，所以其启动和制动的速度都很快，一般只需要几微秒即可，这就可以实现快速准确的位置定位和对速度的迅速调节。
（4）停止时有保持力矩：因为电机的定子和转子密切接触，所以若在运行时断开电源，在静摩擦力的作用下，如果没有制动装置的话，那么两者间的力矩仍然会文持的较大，这就十分适合在失重状态下使用。
（5）无电磁干扰：超声波电机中没有磁铁，所以不会受到外部电磁感应效应的影响，也不会对外部形成电磁干扰，十分适和在强磁状态下运用。
如上面所说，超声波电机有许多优点，但也有许多缺点：
（1）由于摩擦力的作用，会使定子和转子之间磨损严重，这会减少电机的使用年限。
（2）对于驱动电源的要求很高，必须要能使定子。
（3）输出功率小，效率低。一般来说，行波型超声电机功率都不会超过50W。
（4）生产开发成本高，并不能获得很高的性价比。
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