随着研究的深入和科技的发展,旋转行波超声电机(Traveling wave type Rotary Ultrasonic Motor,简称TRUM)的技术已日趋成熟,工程上也得到越来越多的应用。TRUM独有的摩擦驱动方式使其具有低速大力矩、响应快、断电自锁的优点,但也导致了其效率相对较低;在速度控制方面,常用的调频调速精度高、范围广,但在驱动频率偏离谐振点时,电机的带载能力有所降低,不利于其低速大力矩特点的发挥。针对上述两类问题,本文以TRUM-70中空超声电机为基础,从改变其预压力的施加方式和控制方法入手,设计了两类电磁式预压力自调整超声电机。本文的主要内容和研究成果总结如下:(1)建立了TRUM-70中空超声电机的二维摩擦驱动模型,着重研究了预压力对定子振动、摩擦界面接触范围、定、转子等速点的影响,得到了预压力、负载力矩、电机转速三者间的数学关系。在理论模型的基础上分析了两类变预压力电机的研究价值,并对其性能特点做出预测。(2)基于电磁铁和电磁离合器设计了两类预压力自调整超声电机,分别用于调预压力调速和提高电机效率。根据两类电机的工作原理,对核心组件进行受力和运动分析,按照设计要求计算电磁机构的基本参数。提出了两类变预压力电机的控制方法,设计了相应的控制电路。利用Maxwell对设计的磁路进行仿真,将参数导入Ansys Workbench进行优化分析,使电磁机构在满足使用要求的前提下降低了功率、减小了尺寸。(3)加工装配样机,通过实验验证了两类电机的可行性,并与常规超声电机性能进行了对比。实验结果表明,使用电磁铁式变预压力超声电机可实现调预压力调速,且该方法在高电压、大负载的工况下更具优势;使用电磁离合器式变预压力超声电机可有效提升电机的输出效率,且在负载变化较大的情况下效果更明显。