[發明專利]一種兩自由度雙定子球形壓電作動器及其控制方法

有效

• 申請號: 201610109920.6
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105634324B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 鄧月波;王亮;金家楣;章洪軒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

1.一種兩自由度雙定子球形壓電作動器，包含定子和球形轉子（3），其特征在于：

所述定子包含上振子（2）和下振子（4）；

所述上振子（2）和下振子（4）結構相同，均包含圓環結構（7）、兩根橫梁（5）和四片壓電薄膜（1），其中，兩根橫梁（5）的一端均與所述圓環結構的內側壁固定相連、軸線均指向所述圓環結構（7）的圓心，且兩根橫梁（5）的軸線在同一直線上，四片壓電薄膜（1）分別對稱設置在所述兩根橫梁（5）的上下表面，沿厚度方向極化，且兩根橫梁（5）上下表面設置的壓電薄膜（1）的極化方向相反；

所述上振子（2）和下振子（4）平行，且上振子（2）兩根橫梁（5）所在的直線與下振子（4）兩根橫梁（5）所在的直線垂直；

所述上振子（2）兩根橫梁（5）接近圓環結構（7）圓心的一端、以及下振子（4）兩根橫梁（5）接近圓環結構（7）圓心的一端均與球形轉子（3）的表面相接，將球形轉子（3）固定在其包含的空間中。

2.根據權利要求1所述的兩自由度雙定子球形壓電作動器，其特征在于，所述上振子（2）、下振子（4）的圓環結構（7）上均設有若干用于和外部固定相連的通孔。

3.根據權利要求1所述的兩自由度雙定子球形壓電作動器，其特征在于，所述四片壓電薄膜（1）分別設置在兩根橫梁（5）上下表面振動時最大位移所在處。

4.根據權利要求1所述的兩自由度雙定子球形壓電作動器，其特征在于，所述上振子（2）和下振子（4）中的壓電薄膜（1）均通過鍍層的方式設置在橫梁（5）上。

5.基于權利要求1所述的兩自由度雙定子球形壓電作動器的控制方法，令下振子（4）橫梁所在的直線為X軸，上振子（2）中橫梁所在的直線為Y軸，其特征在于，控制球形轉子（2）繞X軸轉動的具體方法如下：

當需要驅動球形轉子（3）繞X軸進行正向轉動時：

步驟A.1）,對上振子（2）兩根橫梁（5）上下表面的壓電薄膜（1）分別施加兩相具有π相位差的電信號，并且使得兩根橫梁（5）上表面的壓電薄膜（1）上的電信號具有π相位差；

步驟A.2），對下振子（4）兩根橫梁（5）上下表面的壓電薄膜（1）分別施加兩相具有π相位差的電信號，并且使得兩根橫梁上表面的壓電薄膜（1）上的電信號相同，同時使得該電信號與上振子兩根橫梁（5）上表面壓電薄膜（1）上施加的電信號具有π/2相位差；

當需要驅動球形轉子（3）繞X軸進行反向轉動時：

步驟B.1），對上振子（2）兩根橫梁（5）上下表面的壓電薄膜（1）分別施加兩相具有-π相位差的電信號，并且使得兩根橫梁（5）上表面的壓電薄膜（1）上的電信號具有-π相位差；

步驟B.2），對下振子（4）兩根橫梁（5）上下表面的壓電薄膜（1）分別施加兩相具有-π相位差的電信號，并且使得兩根橫梁上表面的壓電薄膜（1）上的電信號相同，同時使得該電信號與上振子兩根橫梁（5）上表面壓電薄膜（1）上施加的電信號具有-π/2相位差。

6.基于權利要求5所述的兩自由度雙定子球形壓電作動器的控制方法，其特征在于，控制球形轉子（2）繞Y軸轉動的具體方法如下：

當需要驅動球形轉子（3）繞Y軸進行正向轉動時：

步驟C.1）,對下振子（4）兩根橫梁（5）上下表面的壓電薄膜（1）分別施加兩相具有π相位差的電信號，并且使得兩根橫梁（5）上表面的壓電薄膜（1）上的電信號具有π相位差；

步驟C.2），對上振子（2）兩根橫梁（5）上下表面的壓電薄膜（1）分別施加兩相具有π相位差的電信號，并且使得兩根橫梁上表面的壓電薄膜（1）上的電信號相同，同時使得該電信號與下振子兩根橫梁（5）上表面壓電薄膜（1）上施加的電信號具有π/2相位差；

當需要驅動球形轉子（3）繞Y軸進行反向轉動時：

步驟D.1），對下振子（4）兩根橫梁（5）上下表面的壓電薄膜（1）分別施加兩相具有-π相位差的電信號，并且使得兩根橫梁（5）上表面的壓電薄膜（1）上的電信號具有-π相位差；

步驟D.2），對上振子（2）兩根橫梁（5）上下表面的壓電薄膜（1）分別施加兩相具有-π相位差的電信號，并且使得兩根橫梁上表面的壓電薄膜（1）上的電信號相同，同時使得該電信號與下振子兩根橫梁（5）上表面壓電薄膜（1）上施加的電信號具有-π/2相位差。