作品名稱：懸臂圓筒旋轉超聲電機優化設計
學校名稱：山東理工大學
參賽隊伍：呆呆往前沖
參賽學生：代保興 高尚
指導老師：楊小輝
相對于常規的電磁型電機，超聲電機結構更加簡易、轉矩更大、響應速度更快。超聲電機可以利用逆壓電效應來將能量直接轉換為驅動定子的高頻微幅振蕩,進而通過摩擦力而轉換成帶動轉子的動能。
為了能使超聲電機裝置的機械內部結構設計盡可能做到更加地簡潔與緊湊,劉英想等人研究設計了懸臂式縱彎復合換能器圓筒型行波超聲電機,該電機是夾心式結構,包含一個縱振陶瓷組和兩個彎振陶瓷組,但是陶瓷片分區交替工作的弊端就是會造成定子結構振動耦合。此處根據分區激勵方法對電機進行改進，提出只用兩組陶瓷片驅動的懸臂式圓筒型行波超聲電機。
用相位差為π/2的正弦交流電和余弦交流電對懸臂換能器中的壓電陶瓷片進行分區激勵，用正弦交流電激勵左側兩整片陶瓷片彎振中性面下半部分，上半部分用余弦交流電激勵，另一側兩整片陶瓷片與之相反，上半部分使用正弦交流電激勵，下半部分使用余弦交流電激勵。此激勵方法不再通過縱振和彎振陶瓷組模態振型疊加來進行縱彎復合，而是利用彎振中性面兩側陶瓷區域之間的形變差異達到橢圓驅動軌跡的目的
在圓筒驅動齒的內表面選中八個具有代表性的節點（八個驅動齒相對換能器的角位置分別為0、π/4、π/2、3*π/4、π、5*π/4、3*π/2、7*π/4）對電機中行波的形成進行驗證，提取相應節點的位置的軸向位移和徑向位移，形成對應節點的運動軌跡，幾乎所有軌跡都在同一橢圓線附近且旋向一致
此設計不再通過換能器中的彎曲振動和縱向振動得到行波，避免了不同陶瓷組之間的振型干涉問題。在陶瓷用量減少多于一半的前提下，軸向振幅依然在原來振幅的58%以上，周向振幅卻是原來振幅的130%以上，鑒于電機定子驅動轉子的原理，周向輸出越大越好，此設計大大提高了電機的機械輸出性能
