[發明專利]三自由度球形轉子超聲電機定子基體及其激勵方法

有效

• 申請號: 201711009852.7
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107612417B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 石勝君;黃郅博;劉英想;劉軍考;陳維山
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/14
• 分類號: H02N2/14;H02N2/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.三自由度球形轉子超聲電機定子基體，其特征在于，它包括金屬環(1)、四個驅動足(2)、耳狀固定端(3)、上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)，

四個驅動足(2)均勻嵌在金屬環(1)的內環，四個耳狀固定端(3)均勻排布在金屬環(1)的外環，

上層壓電陶瓷環(4)位于金屬環(1)的上表面，上層壓電陶瓷環(4)被平分為十二片上層壓電陶瓷分區，相鄰的兩片壓電陶瓷分區之間留有縫隙，該縫隙處設置鍍銀層，十二片上層壓電陶瓷分區均沿厚度方向進行極化，且十二片上層壓電陶瓷分區的極化方向均相同；

下層壓電陶瓷環(5)位于金屬環(1)的下表面，下層壓電陶瓷環(5)被虛擬的平分為十二片下層壓電陶瓷分區，該十二片下層壓電陶瓷分區為一體件結構，該十二片下層壓電陶瓷分區均沿沿厚度方向進行極化，且十二片下層壓電陶瓷分區的極化方向均相同；

上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)之間的極化方向相反。

2.根據權利要求1所述三自由度球形轉子超聲電機定子基體，其特征在于，每片上層壓電陶瓷分區與對應的下層壓電陶瓷分區的空間相位相差15°。

3.根據權利要求1所述三自由度球形轉子超聲電機定子基體，其特征在于，耳狀固定端(3)到圓心所成的直線與相鄰驅動足(2)到圓心所成的直線之間的夾角為45°。

4.三自由度球形轉子超聲電機定子基體的激勵方法，該方法是基于權利要求1所述的三自由度球形轉子超聲電機定子基體實現的，其特征在于，該激勵方法能夠激勵三自由度球形轉子超聲電機定子基體實現三自由度運動，三個自由度包括繞x、y和z軸的橢圓旋轉；

三自由度球形轉子超聲電機定子基體繞y軸橢圓旋轉的激勵方法：

對上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)的相應分區施加激勵電壓，使上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)同時激勵軸向彎曲振動模態和沿x軸方向的偏擺式振動模態，從而軸向彎曲振動模態和沿x軸方向的偏擺式振動模態疊加，使得驅動足(2)末端形成具有驅動轉子繞y軸旋轉的橢圓驅動軌跡；

三自由度球形轉子超聲電機定子基體繞x軸橢圓旋轉的激勵方法：

對上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)的相應分區施加激勵電壓，使上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)同時激勵軸向彎曲振動模態和沿y軸方向的偏擺式振動模態，從而軸向彎曲振動模態和沿y軸方向的偏擺式振動模態疊加，使得驅動足(2)末端形成具有驅動轉子繞x軸旋轉的橢圓驅動軌跡；

三自由度球形轉子超聲電機定子基體繞z軸橢圓旋轉的激勵方法：

對上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)的相應分區施加激勵電壓，使上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)同時激勵沿x和y軸方向的偏擺式振動模態，從而沿x和y軸方向的偏擺振動模態疊加，使得驅動足(2)末端形成具有驅動轉子繞z軸旋轉的橢圓驅動軌跡；

通過調換施加在上層壓電陶瓷環(4)和下層壓電陶瓷環(5)相應分區上的兩相激勵電壓的相位關系，實現驅動轉子繞x軸、y軸或z軸的負向旋轉。