[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

三自由度球形轉子超聲電機定子基體及其激勵方法，涉及壓電超聲電機技術領域。本發明是為了解決現有的多自由度旋轉型超聲電機存在驅動足少、驅動能力不足、結構復雜、難于實現小型化的問題。四個驅動足均勻嵌在金屬環的內環，上層壓電陶瓷環和下層壓電陶瓷環分別位于金屬環的上、下表面，上層壓電陶瓷環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，縫隙處設置鍍銀層，下層壓電陶瓷環被虛擬的平分為十二片下層壓電陶瓷分區，上層壓電陶瓷環內的極化方向相同，下層壓電陶瓷環內的極化方向相同，上層壓電陶瓷環和下層壓電陶瓷環之間的極化方向相反。它用于驅動轉子繞x、y和z軸旋轉的橢圓驅動軌跡。

技術領域

本發明涉及三自由度球形轉子超聲電機定子基體。屬于壓電超聲電機技術領域。

背景技術

壓電超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內的振動，在彈性體表面特定點或特定區域形成具有特定軌跡的質點運動，進而通過定子、轉子之間的摩擦耦合將質點的微觀運動轉換成轉子的宏觀運動，具有低速大轉矩、無需變速機構、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優點。

然而現有的多自由度旋轉型超聲電機存在驅動足少、驅動能力不足、結構復雜、難于實現小型化的問題。

發明內容

本發明是為了解決現有的多自由度旋轉型超聲電機存在驅動足少、驅動能力不足、結構復雜、難于實現小型化的問題。現提供三自由度球形轉子超聲電機定子基體及其激勵方法。

三自由度球形轉子超聲電機定子基體，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。

三自由度球形轉子超聲電機定子基體的激勵方法，該方法是基于三自由度球形轉子超聲電機定子基體實現的，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：