摘要超声波电机是一种利用压电陶瓷逆压电效应，并通过定转子间的摩擦力耦合来驱动转子运动的新原理微特电机。首先,介绍了超声波电机的分类、特点，应用以及前景的相关知识。其次，介绍了压电陶瓷特性以及环形行波型超声波电机的结构特点及运行原理。接着介绍了有限元原理和有限元软件ANSYS的相关知识。然后，利用有限元软件建立超声波电机定子的有限元仿真模型，并且对模型进行谐响应分析。最后，利用MATLAB软件对仿真结果进行分析，获取超声波电机的阻频特性曲线，经对比与实测结果一致。 10218
关键字：超声波电机；行波型；有限元; 谐响应分析; 阻频特性
Title Input Impedance Calculation of Ring-type
Travelling-Wave Ultrasonic Motor
Abstract
The ultrasonic motor is a new kind of working mechanism，and the rotor is
driven by the friction force between stator and rotor Classification of
ultrasonic motor is reviewed. First, This paper describes the
classification, characteristics, applications, and prospects of the
ultrasonic motor. Secondly, This paper describes characteristics of
piezoelectric ceramic ,the structural characteristics and operation
mechanism of ring-type traveling wave ultrasonic motor. Thirdly， This paper
describes Knowledge the theory of Finite element and ANSYS. Then, the FEA
simulation model of the ultrasonic motor stator is established, and its
harmonic analysis is conducted using ANSYS. Finally, Analyze the
simulation results with MATLAB, And Get the Impedance frequency
characteristics Curve of the motor.
Keywords :Ultrasonic motor(USM);Traveling wave-type; Finite element
analysis(FEA); harmonic analysis; Impedance frequency characteristics
目 次
1 引言 1
1．1 超声波电机的类型 . 1
1．2 超声波电机的特点，发展，应用及前景 . 1
2 环形行波形超声波电机的结构及工作原理 8
2．1 压电陶瓷 . 8
2．2 压电效应和压电方程 . 9
2．3 环形行波型超声波电机的结构特点 11
2．4 环形行波型超声波电机运行机理 14
3 有限元原理与有限元分析软件ANSYS 18
3．1 有限元原理 19
3．2 有限元分析软件ANSYS . 21
4 环形行波型超声波电机定子阻频特性定量分析 . 22
4．1 定子ANSYS数学模型建立 22
4．2 定子结构的各参数确定 25
4．3 超声波电机输入阻抗计算 27
4．4 谐响应分析 27
4．5 定子ANSYS谐响应分析 28
4．6 定子ANSYS谐响应分析结果及阻频特性分析 30
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 . 36
1 引言
超声波电机（Ultrasonic Motor，简称USM）是一种利用压电陶瓷逆压电效应,同
时把电能转换成弹性体的超声振动, 并且通过摩擦传动的方式, 将超声波振动转换
成转子的运动的新型直接驱动电机。是电机制造学、摩擦学、振动学、电子技术学、
功能材料学、自动控制及检测技术学等多种学科综合交叉发展的结果。超声波电机具
有转矩密度大、无电磁干扰、低速大转矩、动作响应快、运行无噪声、且无输入自锁
等卓越特性，在伺服控制系统中具有广阔的应用前景[1]
。其中环形行波型超声波电机
是目前国内外研究和应用最广泛的，技术也最为成熟。 ANSYS环形行波型超声波电机的阻频特性计算:http://www.751com.cn/wuli/lunwen_9214.html