行波型超声波电机由于具有低速大力矩、无电磁干扰、适合直驱等特点，是使用最为广泛的一种电机。随着应用领域的拓宽，要求了解和掌握超声波电机各种极限环境下的适应性与设计制造技术；要求进一步提高电机的出力和效率；要求进一步提高电机平稳可靠运行等。针对上述问题，本文以行波型超声波电机为研究对象，着重研究大力矩和高效率的电机结构、摩擦材料和摩擦接触特性、驱动控制策略、极限下的适应性及其可靠性技术等问题。本文主要工作和取得的研究成果有：　　 1．建立了双定子双转子和大直径行波型超声波电机的优化设计方法，提高了电机的出力。针对双定子双转子行波型超声波电机，提出了保证定子和转子轴几何精度和位置精度的双定子双转子电机结构，并给出双定子的简单调谐办法。针对直径100mm的行波电机，理论和实验分析了电机定子薄弱环节、转子臂厚度、转子支撑厚度、齿高等因素对电机出力的影响。着重解决大直径电机定转子接触面受力不均的问题，提出了分体转子结构的方案，使电机的堵转力矩达到4.2Nm，空载转速达到85rpm，为电机提高力矩提供了一种新的思路。　　 2．提出了一种高效率的锥面结构的行波型超声波电机，并形成了其优化设计理论。行波定子的振动是三维的，其径向振动分量也是较大的，定转子采用锥面结构，一方面可以充分利用其振动能量，另一方面也降低了轴向预压力，避免过紧预压力影响电机起动特性。针对定转子内外侧锥面接触的差异，理论分析了电机定转子接触机理，优化了定子结构，提出并设计了采用螺旋板簧组成的自适应结构，最后实验测试了内外侧锥面接触电机的负载、温度和瞬态特性等。样机表明，此电机结构具有加工简单、安装方便等优点，并降低了电机的制造成本。研制的内锥转子浮动型超声波电机样机最高效率可达40％，比现有效率最高的行波型超声波电机的效率(35％)提高了5％，这是目前行波型电机中效率最高的。　　 3．探讨了超声波电机的摩擦驱动问题，并提出了摩擦系数计算模型。研制了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置，实验比较摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数，分析了定转子相对转速（速度）、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响。根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态说明了摩擦系数与预紧力等的对应关系，分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果，给出了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型。　　 4．提出了基于输入电压自适应的频率跟踪控制策略。根据超声波电机工作原理可以将电机驱动电路分为频率发生、信号放大、阻抗匹配和频率自动跟踪四大部分。介绍了电路频率发生和信号发生电路的工作原理和总体结构，并根据电机在谐振点附近等效电路结构提出了阻抗匹配原理和具体实现电路。比较了温度、负载对电机谐振频率和输入电压的影响，并引入了渐变系统和快变系统两个概念提出了基于输入电压自适应的频率跟踪控制策略，并验证了该策略的有效性，实现了电机在各种情况下的稳定运行。　　 5、研究了行波型超声波电机在极限环境下的适应性及其可靠性技术。利用行波型超声波电机最常用的三种摩擦材料，比较不同摩擦材料在常态和真空环境下的电机机械特性曲线。建立了摩擦材料的摩擦系数测试装置，实验分析了三种摩擦材料在真空环境下常规、驻波和行波三种状态下的摩擦系数。介绍了行波型超声波电机的瞬态起动过程，比较了预紧力、转速、真空度等因素对起动特性的影响。测试分析了电机定子的声悬浮力大小，理论和实验证明超声波电机的声悬浮力较小，不是极限环境下电机性能变化的主因。为电机在极限环境下的可靠性运行奠定了基础。