平面超声电机是将电能转换为平面运动输出的新概念机电动力转换部件,它基于逆压电效应实现电能到机械能的转换,借助摩擦耦合过程输出平面运动,具有推重比高、响应快、易控制、不受电磁干扰特点,在IC制作、精密加工、生医工程等众多领域具有广泛的应用。适应于应用领域对高精密平面运动的广泛需求,本文对平面超声电机的设计技术进行了研究,主要贡献在于:介绍了超声电机技术近年的发展,梳理了超声电机特别是平面超声电机的研究现状,概述了超声电机的特点及工程应用,对平面超声电机技术的发展进行了展望,同时对超声电机技术的发展趋势也做出了一些预判。提出了基于框内梳齿构式定子的平面电机原理方案及其动力学结构方案。选定框内梳齿构型的梳齿面内横向弯振、面内纵向弯振、面外对称弯振为电机工作模态,探析定子驱动足形成两相正交行进椭圆轨迹的过程及条件,阐释了驱动足推进动子沿两自由度方向行进之机理,规划出定子的压电极化和供电配置模式。建立了基于框架梳齿状定子的平面超声电机的机电耦合分析有限元模型,基于兰索斯法仿真出框架梳齿构型三相工作模态的振型,展示出这些工作模态的阶次及频率具有天然接近特性;研究了定子的结构拓扑及几何尺度对工作模态振型与频率的影响,实现了工作模态的动力学简并及频率的一致性,求得定子超声换能构型的优化尺寸为29.8mm×17.1mm×6mm。建立了电机的谐响应分析模型,仿真出其幅频特及工作模态的频率一致性,梳理出电机干扰模态并实现了干扰模态的分离;建立了定子瞬态响应分析模型,仿真了定子的工作振动,模拟出驱动足的两相椭圆工作轨迹。结果显示,当在定子上施加幅值250V、频率50900Hz的驱动电压时,驱动足的x、y、z向的工作振幅分别为0.8μm、1.0μm、1.1μm,满足电机谐振驱动要求;验证了电机原理及其结构的可行性,探析了调压、调频、调相对驱动足振动特性的影响。建立了框架梳齿构型式平面电机的整机分析模型,研究了其预压力施加特性、求得了电机的速度调节特性和机械输出特性。当预压力为150N且对电机施加250V、50900Hz的驱动电压时,电机速度达42mm/s。该电机在高精密平面运动驱动中具有潜在应用空间。