平面超声电机(PUSM)在两/三自由度平面运动机构伺服驱动中存在显见的优势,是一种新型特种电机,利用压电陶瓷的逆压电效应、定子/动子间的摩擦耦合进行振动激励,实现电-机能量转换,以获取精密运动的较大动力输出。它在精密定位平台、IC制造、生物医学工程、航空航天等众多重要领域具有广泛的应用价值。旨在推出小型轻量、大推力、平板化平面超声电机新原理、丰富PUSM的结构形式,本文着力对H型卧板式定子平面超声电机的驱动原理、设计方法、动力学优化、运动特性、仿真技术进行了研究,主要完成以下工作内容:首先,总结归纳了平面超声电机技术的现状及发展,指出了本文研究PUSM的目的及意义。阐释了电机定子结构的弹性振动理论,推导出驱动足质点的椭圆运动轨迹方程,介绍了压电陶瓷(PZT)的逆压电效应驱振机理,建立定子结构动力学优化模型。其次,提出一种基于H型定子推动的平面超声电机原理及其动力学结构,利用H型定子特定的三相模态振动作为工作模态,其中,面外二阶反对称弯振模态用于实现动子与定子之间的接触与脱离,与面内一阶反对称纵振模态复合在驱动端合成沿yoz面的椭圆轨迹,驱动动子沿y轴方向作直线运动;与面内二阶对称弯振模态复合在驱动端合成沿xoz面的椭圆轨迹,驱动动子沿x轴方向作直线运动。再次,设计了贴片式结构的H型卧板定子平面超声电机。合理规划压电陶瓷片组的压电极化方向与供电方案,建立该结构定子模态频率一致性动力学优化模型,定子尺寸为22.71mm×6.85mm×30mm;利用有限元分析软件ANSYS对其进行工作模态计算,谐响应特性分析,驱动足质点振动位移响应分析,研究了激励电压的频率、幅值、相位对质点振动响应轨迹的影响,激励电压信号频率为46.6k Hz,幅值为300V。仿真结果表明驱动足x、y、z三向振幅可达0.44μm、0.55μm和0.40μm,且具有良好的运动调节特性。最后,提出一种基于H型卧板的夹心式结构电机定子,进行动力学优化后定子尺寸为29mm×9.4mm×39.8mm,定子在34.7k Hz、300V幅值激励频率下三相振幅可达6.3μm、10.0μm、6.0μm,且无干扰模态,能输出更大的推力和速度。建立该定子与动子的摩擦接触模型,研究了施加在定子上的不同预压力大小对运动输出的影响,仿真结果表明x、y向空载速度分别达81.1mm/s和70.4mm/s。