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超声电机是利用压电材料的逆压电效应，将电能转换为机构的机械振动，并通过定动子之间的接触摩擦，驱动动子运动的一种新型电动机。直线超声电机是超声电机的类型之一，其特点是动子直线运动，直接输出推力。其中电机的结构设计、优化以及摩擦驱动机理的研究是当前该领域的重要研究方向。该类型电动机具有起制动特性快，输出功率大，低速运动而无需齿轮转换机构，无电磁干扰和断电自锁等优点，成为该领域研究的热点。
直线超声电机的发展十分迅速，但其实现产业化仍面临诸多问题，如超声电机的连续运行稳定性差、输出效率较低、摩擦副磨损严重，以及摩擦驱动机理研究不够深入，没有完善描述电机驱动行为的数学模型，电机的伺服控制研究发展缓慢。
本文针对直线超声电机发展所面临的运行稳定性、机械特性和摩擦驱动机理等问题，主要做了如下研究：
(1)对直线超声电机的定子结构进行优化设计，提出了X形定子，利用有限元软件对定子进行模态分析，确定了定子的结构尺寸，并制造了原型样机；
(2)将定子驱动头和动子表面均设计成可拆卸机构，实现在同一定子主体上对由不同摩擦材料构成的摩擦副的摩擦试验，降低了试验成本；
(3)对直线超声电机的摩擦驱动机理进行深入研究，提出了描述驻波型直线超声电机驱动力的等效冲量模型，并利用该模型和Mathematica软件对电机的机械特性进行仿真分析；
(4)研究了由不同摩擦材料所构成的摩擦副对直线超声电机机械特性的影响规律，提出摩擦材料的配副方案和摩擦副的设计方法。
本文研制的直线超声电机最高运行速度300mm/s，最低速度20 mm/s，最大驱动力120N，具有可控性好、运行稳定性高、噪声小、磨损率低、瞬态响应快的特点。
通过大量的摩擦试验，测试了电机不同摩擦副下的机械特性，研究了摩擦材料对电机输出特性的影响规律，提出了摩擦副接触界面的预处理方法。本文理论分析以及试验研究结果，为该类电机的优化设计和产业化奠定了理论和经验基础。