超声波电机是一种依靠压电材料驱动的新型电机,具有低速大转矩、快速响应、无电磁干扰、运行无噪音等诸多特性。本文以超声波电机为基本研究对象,以高铁车辆内端门为主要应用案例,对超声波电机实用化及高速列车的再创新有借鉴意义。系统的论述了环形行波型超声波电机的分析设计过程,主要包括运行机理分析、定子共振频率求解、驱动电路的分析与设计等方面,同时制作了实物驱动板,对驱动电路实际运行波形进行了详细分析,用该驱动板对超声波电机样机进行驱动取得了成功。主要研究内容及成果如下:1.推导了定子共振频率的解析法求解过程,将环形定子等效成复合梁结构,应用梁振动模态理论,用C语言编写了求解定子模态频率及振型的计算程序,计算结果表明使用典型定子样本7阶解析模态频率为37784Hz,该频率值符合超声波电机定子驱动频率。2.使用ANSYS软件对典型定子进行了有限元模态分析,基于计算结果论述了超声波电机定子模态的选取方法。测绘了佳能公司60mm直径超声波电机定子尺寸,建立了该定子几何模型,用有限单元法计算了该定子的模态频率,计算结果与实际频率误差仅为0.23%,说明了有限元分析法的可行与准确性。对比分析了四种不同规格的定子模态频率,得到定子尺寸和振动模态频率之间的规律。计算分析了改变定子倾角对模态频率的影响,结果表明,可以通过改变定子倾角修正共振频率。取消定子支撑板、改用支撑架限制定子周向自由度的方法有利于提升空间利用率。3.使用Multisim软件对设计的LC谐振升压式驱动电路进行了仿真分析,结果表明控制驱动信号占空比可以有效改变驱动电压幅值,此方法可用于电机调速控制;基于STM32F429开发板分析了驱动信号获取方法及部分软件代码;制作了实物驱动板,并通过示波器采集其驱动波形并对其进行分析,进一步探讨了元件参数对实验结果的影响及驱动过程中出现异响的原因,给出了解决办法,是目前谐振升压式超声波电机驱动电路研究的良好补充。4.结合高速铁路车辆实际,设计了一种可应用于车辆内端门控制的超声波电机,并给出主要零件的设计图纸;对传感器布置、速度与旋向检测方法进行了说明,简述了车辆内端门在实际工作时可能遇到的一些问题。本研究在其他车载设备控制领域同样具有应用前景。