超声波电机(Ultrasonic Motor,简称USM)是一种新型电机,它利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动,借助弹性体谐振放大,通过摩擦耦合产生旋转运动或直线运动。目前,最具代表性的一种超声波电机是旋转型行波超声波电机,其显著特点是低转速、大力矩、可用于直接驱动、结构简单、电磁兼容性好并具有断电自锁等功能,它特别适用于小(微)型化及精密装置的驱动和控制,尤其是在航天、医疗、微机电系统(MEMS)等一些对磁场敏感或有高定位精度要求的领域中具有广阔的应用前景。本文基于有限元分析方法,针对小型行波型超声波电机定子进行了深入研究。首先,简要地介绍行波型超声波电机的结构及其工作原理,包括压电陶瓷的压电效应、性能描述,定子中行波的合成,定子表面质点的运动,以及椭圆运动的形成。从超声波电机驱动的本质入手,研究了超声波电机的驱动机理,从能量角度对行波型超声波电机的三维数学模型进行了详细分析,并探讨了超声波电机摩擦传动的数学模型。介绍了在超声波电机定子设计过程中有限元分析软件ANSYSWorkbench的应用;通过改变超声波电机定子各结构参数,运用有限元分析软件ANSYS Workbench分析不同的结构参数对定子的振动固有频率的影响,然后选择最佳频率状态下所对应的定子结构参数,达到定子结构优化的目的,作为超声波电机定子设计的有力参考。最后,通过上述的仿真分析,总结本论文结构优化设计方法的优势与不足之处,并对今后的研究方向提出要求与期望。