超声波电机（Ultrasonic Motor，简称USM）是一种新型的驱动器，它的特性包括结构简单、设计灵活、低速大转矩、结构紧凑、响应快、无噪声、断电自锁、无电磁干扰以及高定位精度等。超声波电机的发展起源于上世纪80年代，它的工作原理与传统电磁电机有很大差异，主要体现在激励方式和能量转换机制上。
超声波电机的定子通常是由压电陶瓷和金属弹性体组成的特殊形状复合结构。通过施加超声频率的交变电压，压电陶瓷被激励产生机械振动。这些振动在定子的驱动区域形成了椭圆形运动轨迹，通过与转子的接触摩擦，将定子的振动转化为转子的旋转运动。
由于超声波电机的这种工作原理，它的激励方式尤为关键，尤其是在设计过程中需要避免模式退化问题。模式退化是指在某些情况下，压电振子的振动模式不按照设计预期的方式进行，这可能会导致电机的性能不符合设计要求。为了解决这一问题，研究者提出了一种利用弯振模态的新型超声波电机设计方案。该设计通过组合压电-金属梁的两个正交的弯振模态，在两个驱动脚上形成了椭圆轨迹振动。这种设计能够避免模式退化问题，提高了电机设计的可靠性。
在本文中，研究的焦点是这种新型超声波电机所使用的弯振陶瓷的激励模式。通过瞬态分析得到不同激励模式下电机的振动特性，通过改变施加电极的位置来实现激励模式的调整，进而分析驱动脚的振动强度。分析结果表明，在相同的激励电压下，远离弯曲模态中性平面的压电陶瓷对电机的弯振贡献更大，而靠近中性平面的压电陶瓷贡献很小。这些研究成果可以指导一般弯振振动换能器的设计。
此外，研究中还提到了 Langevin 换能器，这是一种常用的超声换能器。Langevin换能器通常由压电陶瓷和金属块组成，它们以串联的方式连接起来，在两端施加交变电压，形成振动。这种换能器可以将电能转换为机械能，并能放大振幅，从而提高超声波电机的工作性能。
本文对超声波电机激励方式的研究，重点在于弯振振动模态的应用与分析。通过理论分析与实验验证，提出了改进电机设计的方法，以期提高电机的性能。这一研究对于超声波电机在高精度定位系统、医疗设备、机器人等领域的应用具有重要意义。通过更深入地理解弯振振动模态，可以进一步优化超声波电机的设计，使其在各种复杂的应用场景下都能保持良好的性能。同时，这项研究也为其它类型的振动驱动器的设计提供了理论依据和技术参考。
