材料的逆压电效应激发超声频率的振动，通过转子和定子之间的摩擦产生旋转或直线，从而输出功率进而驱动负载。鉴于超声电机在结构、体积、响应速度、性能等方面体现出来的优良性能，已经被应用于精密定位等方面，USM能够实现系统小型化，因此非常适合于各类航天器、精密仪器等的驱动器系统。
科研人员在对超声电机进行研究的过程中发现，超声电机使用时会出现无法正常启动的问题。超声电机是一种新型机电原件，超声电机技术的研究与应用涉及了力学、振动学等自然科学领域和材料学、电子技术、自动控制等工程技术领域多学科知识，任何环节都可能导致电机无法正常启动，这一问题存在巨大安全隐患，影响了超声电机可靠性，使其在航空航天、精密仪器、汽车等可靠性要求高的领域的推广应用受到了一定限制。因此，对超声电机启动可靠性的影响因素研究具有重要意义。
2 超声电机机理分析
超声电机（Ultrasonic Motor 或简写为USM）技术是一门多领域综合交叉的新技术，深入了解超声电机的机理对超声电机的研究和应用非常重要，只有了解了超声电机的机理，才能更好的分析超声电机启动可靠性影响因素。
超声振动是超声电机的驱动源，也是超声电机工作的最基本条件。超声电机是基于逆压电效应工作的，超声电机的机理简单来讲就是利用压电材料的逆压电效应，使定子产生超声振动获得运动和力矩。超声电机是一种新型电机，其正常运转需要两个重要的能量转化作用，这两种转换作用分别是机电转换作用和摩擦转换作用，机电转换使压电陶瓷以超声波频率振动，摩擦转换使定子与压电陶瓷的振动转化成转子的旋转运行或直线运动。超声电机由定子和转子两部分构成，根据电机所利用波形的差异，可以分为行波型超声电机和驻波型超声电机，根据运动方式区分，可以分为旋转型超声电机和直线移动型超声电机等。不论如何划分，USM与传统电机相比，超声电机中使用了新型的压电陶瓷材料盘替代了铜线圈，不需要通过电磁作用产生运动力。
3 超声电机启动可靠性影响因素分析
可靠性工程的诞生和发展是社会的需要，电机的可靠性一直是相关领域的重点研究内容，可靠性技术是提高电机质量的重要手段。可靠性事先“看不见， 测不到”，超声电机的可靠性和它所处的条件关系极为密切受多种因素影响。
3.1 超声电机定子的非线性振动影响电机启动可靠性
超声电机运行过程中会产生特别明显的非线性现象，超声电机定子的非线性振动是这种现象的主要表现之一，定子的非线性振动也是影响电机可靠启动的重要原因。超声电机的运行直接受其定子振动的影响，定子振幅与电机运行速度成正比：当定子振幅小时电机运行速度较慢；当定子振幅较大时，电机所驱动的负载较大，则电机运行速度也较快。频率变化时速度与频率的变化曲线，如图1所示，表明超声电机定子振动是非线性的。越靠近共振点非线性越严重，远离共振点无非线性，利用定子振动的非线性采取降频启动的方法，可有效提高电机启动可靠性。
3.2 电机摩擦材料
超声电机摩擦材料对超声电机等具有很大影响，摩擦材料的性能在很大程度上影响超声电机启动的可靠性。同一摩擦材料在不同厚度下对超声电机的稳态转速和启动时间的影响，如图2所示，摩擦材料厚度从0.1 mm增加到0.7 mm的过程中，虽然超声电机的启动时间逐渐缩短，但其平均转速却呈现出先升高再降低的抛物线式变化，摩擦材料厚度在0.4 mm 左右时稳定转速达到最大值，可见，超声电机启动稳定性受摩擦材料厚度的影响，因此选择合适厚度的摩擦材料很重要。
3.3 电机摩擦材料含水率
超声电机摩擦材料在湿度环境下性能变化对超声电机启动的稳定性存在影响。超声电机的启动特性在不同的湿度环境下存在不稳定现象。超声电机的转子摩擦材料通常采用聚四氟乙烯基、环氧树脂基等高分子材料，这些高分子材料的力学性质受湿度影响较大。电机摩擦材料的含水率越高则材料所处的湿度环境越强，湿度增大时，高分子材料强度和弹性模量等都会随着越低。小变形阶段模量受湿度影响较为明显，当湿度不断增大时，湿度的影响力渐弱USM的定子振动属于小变形，因此，高分子摩擦材料的弹性模量受湿度影响较大，试验证明转子摩擦材料的含水率是影响其启动稳定性的因素之一。
4 结 语
超声电机具有污染小、精度高、响应快、重量轻、体积小等优越性，是一种应用前景非常广泛的新型特种电机，但也存在寿命短、构造成本高、运行不连续性等缺点。受超声电机定子的非线性振动、摩擦材料的厚度、含水率等因素影响，超声电机启动的可靠性受到影响，进而影响其在航空航天、精密仪器仪表、汽车等领域的进一步推广应用。因此，要利用定子振动的非线性，采取降频启动的方法，选用合适的摩擦材料等途径提高电机启动的可靠性，拓宽超声电机的应用空间。
参考文献：
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