微行波超声电机是应用MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)技术制造的新型电机。它具有结构简单紧凑、响应快、扭矩大、噪声低与自锁能力强等优点,在航天、医疗器械、精密仪器等领域具有广泛的应用。微型超声电机的应用通常用于实现精准定位或是步进驱动,其启动特性的好坏直接决定了其精准定位及步进驱动的优劣,因此,深入研究超声电机的启动特性对微超声电机的定位精确度的提升有重要作用。本文以微行波超声电机,探究微行波超声电机在启动加速过程中速度的变化规律,并结合实验验证该理论的正确性。本文的研究内容主要有以下几个部分:1.行波形成机理研究。通过压电方程分析了行波型超声电机定子上的压电陶瓷在电压激励下的变形情况,在多个压电陶瓷覆盖区域的作用下定子将产生振动,激发对应模态,形成驻波。随后,两列驻波叠加合成为一列行波,实现了电机定子的行波激发。2.驱动接触特性以及启动特性研究。通过基尔霍夫薄板定律分析定子行波表面质点的运动规律,根据COMSOL仿真软件分析行波波形在径向上的变化,以此为参考建立柱坐标系下的接触模型,以该模型为基础分析行波与摩擦层的接触区域法向压力分布变化情况。结合行波上质点的运动规律,分析接触区域的切向受力分布情况,推导出电机在启动过程中转子的转速变化情况。3.微电机结构设计。设计了支撑梁位于振型节圆处的新型电机定子以实现锚点损耗的降低。利用COMSOL有限元软件建立环形定子模型,通过电机定子的振动模态分析、瞬态响应分析定子性能,根据分析结果优化定子。再通过ANSYS有限元软件设计了定、转子间的预紧结构,完成整个电机的结构设计。4.实验验证。应用体微加工技术制造微型行波超声电机的定子,利用激光多普勒测振仪搭建实验平台测试定子的驱动频率与行波激发情况。再通过高速摄像机完成电机样品的空载转动实验,验证了启动理论的正确性与有效性。本文在考虑到微型行波超声电机的行波波形在径向上的变化不可忽略的情况下建立了一个新型的定、转子接触模型,并根据该模型分析了超声电机在启动过程中的转速变化情况,对该类型的超声电机应用有重要的意义。