[發明專利]一種壓電驅動旋轉型電機及其工作方法

有效

• 申請號: 202011459276.8
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112713804B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 董智鵬;王亮;金家楣;原路生;張世宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明公開了一種壓電驅動旋轉型電機及其工作方法，壓電驅動旋轉型電機包含一個驅動圓環、一個定子環和八個作動模塊。八個作動模塊結構相同，均包含一個壓電疊堆和一個驅動足。工作時，通過八個作動模塊兩兩配合，使得驅動圓環發生彈性形變而產生位移，進而帶動外圈發生轉動。本發明利用彈性回復力進行驅動，不會產生噪音、不存在磨損，具有可靠性高、壽命長、輸出扭矩大、精度高并且可控，具體可實現高精度空間機構要求在超低轉速（0.001度/秒）、寬調速比（超過10000）范圍內實現亞角秒級的運行精度。

技術領域

本發明涉及彈性驅動領域，尤其涉及一種壓電驅動旋轉型電機及其工作方法。

背景技術

以行波型超聲電機為代表的壓電作動器是依靠定子和動子之間的滑動摩擦力作為驅動力對外做功輸出，定、動子間的高頻、間歇接觸滑動不可避免地帶來發熱和磨損問題，降低壓電作動器的輸出性能和使用壽命。此外，壓電作動器作動頭表面質點的復合運動軌跡很容易受到正壓力的作用發生畸變，壓電作動器很難通過無限增大正壓力提高輸出扭矩，因為正壓力的增大會減小作動頭的法向變形幅度，當正壓力超過一定極限壓電作動器會出現卡死狀況。高精度空間機構要求在超低轉速（0.001 度/秒）、寬調速比（超過 10000）范圍內實現亞角秒級的運行精度，超聲電機在軌長期連續工作下存在功能元件性能衰減、材料蠕變，摩擦界面預壓力變化， 面臨高性能經時穩定的挑戰。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種壓電驅動旋轉型電機及其工作方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種壓電驅動旋轉型電機，包含驅動圓環、定子、以及第一至第八作動模塊；

所述驅動圓環采用彈性介質制成，呈圓環狀，且其內壁開有環形凹槽；

所述第一至第八作動模塊結構相同，均包含一個壓電疊堆和一個驅動足，所述驅動足固定在所述壓電疊堆的一端；

所述定子采用剛性物質制成，呈圓環狀，且定子設置在驅動圓環內、和驅動圓環同軸；

所述第一至第八作動模塊周向均勻設置在驅動圓環和定子之間，其壓電疊堆遠離驅動足的一端指向定子圓心且和定子的外壁固連，其驅動足和驅動圓環內壁的環形凹槽相抵。

作為本發明一種壓電驅動旋轉型電機進一步的優化方案，所述定子的外壁銑削成正八邊形，所述第一至第八作動模塊中壓電疊堆遠離驅動足的一端一一對應固定在定子外壁八個端面的中心。

本發明還公開了一種該壓電驅動旋轉型電機的工作方法，包含如下步驟：

令第一至第八作動模塊在驅動圓環內順時針排列，如果需要輸出軸正向轉動：

步驟A.0），第一至第八作動模塊的壓電疊堆均未通電，在預緊力的作用下，驅動圓環即轉子呈鎖死狀態；

步驟A.1），對第一、第五作動模塊的壓電疊堆通電，驅動其伸長從而將驅動圓環撐大發生彈性形變，此時，驅動圓環呈橢圓狀，第一、第三、第五、第七作動模塊的驅動足抵住驅動圓環，第二、第四、第六、第八作動模塊的驅動足脫離驅動圓環；

步驟A.2），對第二、第六作動模塊的壓電疊堆通電，驅動其伸長從而將驅動圓環繼續撐大發生更大的彈性形變，保持第一、第五作動模塊的壓電疊堆繼續通電，此時驅動圓環上的部分質點正向轉動；

步驟A.3），將第一、第五作動模塊的壓電疊堆斷電，在彈性回復力的作用下，整個驅動圓環較初始狀態正方向轉過預設的第一角度閾值θ₁；

步驟A.4），對第三、第七作動模塊的壓電疊堆通電，驅動其伸長從而將驅動圓環繼續撐大發生更大的彈性形變，保持第二、第六作動模塊的壓電疊堆繼續通電，電機轉子呈鎖死狀態；