超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应迫使换能器振动,通过摩擦作用推动转子运动的新型微特电机。它具有低速大转矩、无电磁干扰,无噪音、结构灵活多样、响应速度快等诸多优点。但同时也存在一些缺点:理论尚未成熟、驱动系统还不完善。本文通过有限元的分析设计的方法来设计电机整体,包括材料属性和尺寸参数,并利用ANSYS对电机进行瞬态分析和谐响应分析,确保电机设计合理性。本文提出一种四悬臂梁纵弯复合模态多自由度超声电机,主要的任务分为以下五个部分:(1)首先提出超声电机的结构,并且分析了其整体工作原理,包括如何添加激励信号,电机转子如何旋转运动等。确定了电机所用的金属材料和换能材料—压电陶瓷,并对压电陶瓷进行了分析。(2)利用有限元对电机进行设计,通过模态分析,确定电机的尺寸结构和对纵弯模态频率和换能器与定子圆筒进行频率兼并。通过对电机运行进行谐响应分析和瞬态分析,获得电机谐振频率为20945hz。(3)基于所设计的电机,设计可通用的电机驱动电源。电源包括频率发生器,移频移相电路、信号放大电路,逆变和匹配电路,反馈控制电路。其中利用单片机产生PWM方波来简化了频率发生器,移频移相电路,并且控制频率的漂移。(4)由于电机运行中温度的升高造成工作点的漂移,设计的频率跟踪系统,确保电机工作的稳定运行。通过检测压电陶瓷采集信号反馈到单片机,由单片机来决定输出的PWM频率。(5)研制样机,测试实际输出性能。