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超声波电动机（UltrasonicMotor,USM），是利用压电材料的逆压电效应为激励，使定子弹性体在超声频段产生微观机械振动（振动频率在0kHz以上），并通过定子和转子（或动子）之间的摩擦作用，将定子的微观振动转换成转子（或动子）的宏观的单方向转动（或直线运动）。它打破了传统电机需由电磁效应获得转矩和转速的概念。
二、原理压电效应（PiezoelectricEffect）是在l年居里兄弟首先从α-石英晶体上发现的。一般在电场作用下，可以引起电介质中带电粒子的相对位移而发生极化，但是某些电介质晶体也可以在纯机械应力作用下而发生极化，并导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与外力成正比。这种由于机械应力的作用而使晶体发生极化的现象，称之为正压电效应（PositivePiezoelectricEffect）。反之，将一块晶体置于外电场中，在电场作用下，晶体内部正负电荷的重心会发生位移，这一极化位移又导致晶体发生形变，这一效应称之为逆压电效应（InversePiezoelectricEffect）。正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。
.压电效应与压电振子众所周知，在电场的作用下，电介质中将引起带电粒子的相对位移而发生极化现象。对于某些电介质晶体，也可以通过纯粹的机械应力作用而发生极化，使电介质表面产生符号相反的束缚电荷，电荷密度与外力成正比。这种因机械外力的作用而使电介质晶体发生极化的现象称为压电效应。下图是压电效应机理的示意图。
图a为当晶体不受外力作用时，正电荷的重心与负电荷的重心重合，整个晶体表面无荷电，即电介质晶体不发生极化。
但是，当沿某一方向对晶体施加机械力时，晶体就会由于发生形变而导致正负电荷重心不重合，从而引起了晶体表面的荷电现象。图b为晶体受压缩时的荷电情况，图c为拉伸时的荷电情况。可以看出，两种情况下晶体表面荷电的极性相反。
反之，如果将某种电介质晶体置于外电场中，会引起晶体正负电荷重心的位移，这一极化位移可以导致晶体发生形变，这种效应称为逆压电效应。常用的压电晶体材料主要有PZT（化学式为Pb（Zr-Ti）O3）等，也称为压电陶瓷。利用压电陶瓷的压电效应，可以制成各种压敏式传感器，用来检测力、振动、加速度等非电量。超声波电机中使用的压电陶瓷是在PZT上加入微量的添加物或置换元素进行改性后的压电材料。该材料具有高机电耦合系数、高机械品质因数和高稳定性等，在使用温度范围内没有相变点，温度特性相当稳定，有较高的居里点。
当在压电体外加交变电场时，在压电体中就激发出某种模态的弹性振动，当外电场的交变频率与压电体的机械谐振频率一致时，压电体就进入机械谐振状态，成为压电振子。当振动频率在0kHz以上时，属于超声振动。
.椭圆运动及其作用超声振动是超声波电动机工作的最基本条件，起驱动作用。但是，并不是任意超声振动都具有驱动作用，它必须具备一定的形态，即振动位移的轨迹为一椭圆，才具有定向连续的驱动作用。
如下图所示，设定子（振子）在静止状态下与转子表面有一微小间隙，当定子产生超声振动时，其上的接触摩擦点A作周期运动，轨迹为一椭圆。当A点运动到椭圆的上半圆时，将与转子表面接触，并通过摩擦作用拨动转子旋转；当运动到下半圆时将与转子表面脱离并反向回程。如果这种椭圆运动连续不断地产生下去，则对转子具有定向连续的拨动作用，从而使转子连续不断地旋转。因此，超声波电动机的定子（即振子）的任务就是采用合理的结构，通过各类振动的组合来生成椭圆运动。
任何一种以超声振动为动力源，以接触摩擦为运动传递方式的超声波电动机，其接触摩擦点的绝对或相对位移都必须为椭圆运动。目前已发明的超声波电动机有行波型和驻波型两大类数十种之多，它们在椭圆的生成方式上虽有不同，但在利用椭圆运动上却是相同的。因此，椭圆运动是超声波电动机最基本的运动，它在超声波电动机中的作用可用下图说明。
那么，怎样才能形成椭圆运动呢？设有两个空间相互垂直的振动位移Ux和Uy，均是由简谐振动形成的，振动角频率为ω，振幅分别为ξx和ξy，时间相位差为ψ，即有
从中消去时间t，则有
从上式可知：
当ψ=nπ（n=0，士，士，…）时，两个位移为同相运动，合成轨迹为一条直线；
当ψ≠nπ时，其轨迹为一椭圆，其中ψ=nπ±0.5π时为一规则椭圆。
不同相位差时的椭圆运动形态如下图所示。
由此可见，相位差ψ的取值，决定椭圆运动的旋转方向，当ψ0时椭圆运动为顺时针方向，ψ0时椭圆运动为逆时针方向。由于椭圆运动的旋转方向决定了定子对转子的拨动方向，所以也就决定了超声波电动机的转向或平移方向。
三、特点与传统电磁式电机相比，超声波电机具有以下特点：
转矩/质量比大，结构简单、紧凑。超声波电机的转矩密度一般为电磁式电机的几倍到十几倍，所以非常适合市场对微特电机的短、薄、轻、小和对力矩的要求。
低速大转矩，无需齿轮减速机构，可实现直接驱动。超声波电机最大的优点在于能以极低的速度运转，很容易做到几十转/小时甚至更低，并且能保持大转矩输出。而电磁式电机在这样的速度是很难启动的，即使能启动，也很难正常工作。电磁式电机用于这种场合时只能通过减速机构来实现低速大转矩，因此随之带来了摩擦、噪声、传动精度和效率低等问题。
动作响应快（毫秒级），控制性能好。由于转子转动惯量小，与转子的惯性力相比，定、转子之间的摩擦力相当大，所以瞬态响应时间短，一般旋转型行波超声波电机的机械时间常数为几毫秒，因此动态响应快，控制性能优越，适合在控制系统中作为伺服元件。
断电自锁。由于压电超声波电机利用摩擦驱动，电机的定子与转子间用较大的力压紧，切断电源时可自锁。
不产生磁场，也不受外界磁场干扰。超声波电机由于没有线圈和磁铁，本身不产生电磁波，同样外部磁场对其影响很小。
运行噪声小。超声波电机依靠压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动而工作，人耳听不到超声频域的振动噪声，而且由于它不需齿轮减速机构，因此也不存在齿轮产生的噪声，减少了对周围环境的污染。
摩擦损耗大，效率低，只有0%~40%。
输出功率小。
寿命短，只有~5h，不适合连续工作。
可在真空和高/低温下工工作；
具有超低转速特性，速度可实现无极调速（极慢速度r/day）;
可承受超高过载，＞0g。
四、分类超声波电机类型很多，有不同的分类方法。
按照电动机自身的形状与结构进行分类，有圆盘或圆环电机、棒状（杆状）电机、平板电机等；
按照功能分类，有旋转型电机（连续旋转电机、步进电机、单转向或双转向电机）、直线移动型电机、球型（多自由度）电机；
根据动作方式的不同，超声波电机可分为行波型和驻波型两大类。
驻波型超声波电机以压电振子的驻波型超声波振动的能量作为动力源，来驱动转子运动。这种方式的能量转换效率较高，但振子对转子撞击时滑动变形所引起的磨损使电机的寿命大为减少。
行波型超声波电机则以压电振子复合振动所引起的行波型超声波振动的能量作为动力源，来驱动转子运动。这种方式超声波电机的能量转换效率较低，但具有容易实现正、反转控制、摩擦损耗小、寿命长等优点。
五、结构目前得到实际应用的主要是行波型超声波电机，而环形行波型超声波是所有类型中结构最简单、用途最广、商业化最早的一种，其原理及结构如下。
环形行波型超声波电机的基本结构由定子和转子两大部分组成。
以振动体为主体的定子上开有齿和槽，其作用在于可增大定子的振动振幅、提高转子转速，同时可提高定转子之间的摩擦传动效率；
在定子不开槽的一面粘贴有压电陶瓷；
转子为一圆环；
在定、转子接触的表面覆有一层特殊的摩擦材料。
装配时，依靠蝶簧变形所产生的轴向压力将转子与定子紧紧压在一起。
六、应用
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