薄板型面内纵-弯复合型直线超声电机结构设计简单、易于微小型化,在微小机械、航空航天、精密定位、小功率驱动等方面的应用具有显著优势,但其输出性能仍未达到工程应用的要求。本文以薄板型面内纵-弯复合型直线超声电机为研究对象,旨在找到一种推重比大、输出性能更佳、利于微型化的定子结构,开展的研究工作及取得的成果如下:(1)设计研制了一种薄板型面内纵-弯复合型直线超声电机,该电机定子由8片相同规格的压电陶瓷和矩形金属板基体组成,且金属板上设有完全对称的结构槽,驱动足底部采用柔性设计。研究表明:定子金属板的开槽设计,能够缩小面内一阶纵振和二阶弯振的频率差(两者频率差为80Hz),满足频率简并条件,实现纵-弯复合模态工作;在谐响应分析和瞬态动力学分析下,定子驱动足表面能耦合成有效的椭圆轨迹;在纵-弯复合振动下,定子驱动足在X、Y方向的振幅分别提升了66.67%和28.53%,验证了电机定子结构的优化结果。(2)研究了面内纵-弯型直线超声电机的定-动子接触特性,建立基于库仑摩擦模型的驻波型直线超声电机接触动力学模型,对比单/双驱动足型电机的两种接触情况,探讨了面内纵-弯直线超声电机的定-动子接触时间、法向动态接触力和接触界面摩擦力。研究表明:预压力越大,定-动子的接触时间越长,同时,接触刚度和定子法向振幅影响了接触时间随预压力变化的速度;法向动态接触力和接触界面摩擦力均呈周期性变化;法向动态接触力峰值的增大会导致接触界面动摩擦力峰值的增大;单纯的增大预压力并不能提高电机的输出性能;定子法/切向振幅的增大、摩擦材料的合理选择均可以有效的提高电机的输出性能;在一定条件下,与单驱动足型电机相比,双驱动足型电机接触界面摩擦力的峰值变小,但接触界面摩擦力做功的频率提高一倍。(3)开展了薄板型面内纵-弯复合型直线超声电机定子驱动足振动性能、电机输出性能实验研究。结果表明:在一定条件下,定子开槽设计下的驱动足振幅在X和Y方向分别增大了1.60μm和0.92μm,电机的模态一致性更好;在激励电压200Vpp、预压力20N、激励频率45.7kHz、相位差90°条件下,电机的最大空载速度为0.25m/s,最大推力为3.4N,推重比达47(定子重7.36g),电机空载速度提升51.5%,最大推力提高36%。电机优化设计后,其输出性能更好,结构更简单,定子重量更轻,更利于微小型化。本文创新地提出定子金属板开槽设计的振动位移放大思想,并应用于一种薄板型面内纵-弯复合型直线超声电机,降低了电机定子重量和提高了电机性能。另一方面建立了基于库仑摩擦模型的驻波型直线超声电机接触动力学模型,对比分析了单/双驱动足型电机的定-动子接触动力学特性。