超声行波电机是一种利用压电材料的逆压电效应,在定子上激励出行波,通过定子与转子之间的摩擦耦合使转子产生旋转或直线的运动,从而输出功率驱动负载的电机。它具有结构紧凑、低速大转矩、低噪声、断电自锁、定位精度高等优点,被广泛应用于航空航天、生命医学、机器人和商业等领域。本论文主要通过优化电机的定子结构,提高电机的输出功率。分析几种行波电机的定子结构,包括经典的粘贴式环形定子、兰杰文式纵振夹心换能器激励的定子以及压电堆激励的定子。通过分析其振动特性以及压电材料的工作模式,总结其优缺点。为了提高电机的输出功率,提出一种使用压电堆激励的悬浮式振子结构。该结构利用弹簧隔离振子与固定端,利用质量块为振子提供输出力。振子由压电堆激励,其振幅不受压电堆振幅的限制。压电堆工作于d33模式,相比于d31模式拥有更大的机电耦合系数,同时增加了压电材料的体积,提高了电机的输出功率。借助有限元仿真分析,设计结构中的关键零部件同时设计整机结构。对悬浮式振子结构进行机械建模,使用Simulink对其机械模型进行仿真,定量分析结构参数对振子振幅的影响,同时分析振子的振动过程。使用COMSOL有限元仿真分析振子的振动模态,提出振子工作模态的选取原则,并根据该原则选定振子的工作模态,仿真分析振子的振动响应。测试振子的谐振频率、振动模态与振幅,并与仿真结果进行对比。测试电机的空载转速和堵转扭矩,并与尼康AFS50-1.4g型相机镜头行波电机的输出性能进行对比。实验结果表明,对于使用了4个尺寸为1.68 × 1.68 × 5.0 mm3的压电堆激励的振子,在峰峰值为30 V的激励电压下,振子最大自由振动峰峰值为4.25μm,是非悬浮状态下的4.7倍。样机最大空载转速为62 rpm,堵转扭矩为49.5 mN·m。在不增大体积的条件下使用更多压电堆激励,电机的输出功率可以成倍提高。