[發(fā)明專(zhuān)利]貼片式框架型定子多自由度超聲電機(jī)及其激勵(lì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211031262.5
• 申請(qǐng)日: 2022-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115459626A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘志泳;王亮;金家楣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/10
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/10;H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 劉輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種貼片式框架型定子多自由度超聲電機(jī)及其激勵(lì)方法，超聲電機(jī)包含定子、球形轉(zhuǎn)子和壓電陶瓷片模塊。定子包含四根立柱和四根具有驅(qū)動(dòng)足的橫梁。球形轉(zhuǎn)子包含第一球殼、第二球殼、預(yù)緊模塊和限位模塊。通過(guò)預(yù)緊模塊施加的預(yù)緊力將轉(zhuǎn)子壓在定子的四個(gè)驅(qū)動(dòng)足上。通過(guò)施加激勵(lì)信號(hào)在壓電陶瓷模塊上來(lái)激發(fā)出定子的多個(gè)振動(dòng)模態(tài)，從而利用摩擦作用驅(qū)動(dòng)球形轉(zhuǎn)子獲得三個(gè)自由度方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明超聲電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，預(yù)壓力可調(diào)，不受電磁干擾、斷電自鎖、易于微型化等優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于空間指向機(jī)構(gòu)、機(jī)器人關(guān)節(jié)技術(shù)、光學(xué)跟蹤系統(tǒng)等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種貼片式框架型定子多自由度超聲電機(jī)及其激勵(lì)方法。

背景技術(shù)

隨著衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整、光學(xué)跟蹤系統(tǒng)、精密定位平臺(tái)和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，精密驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)日益復(fù)雜，高端的精密裝置對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，單自由度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)難以滿(mǎn)足要求。傳統(tǒng)的多自由度電機(jī)是用三臺(tái)單自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)多自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這必然會(huì)導(dǎo)致電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大和誤差失控，影響系統(tǒng)的定位精度和工作穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種貼片式框架型定子多自由度超聲電機(jī)及其激勵(lì)方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

貼片式框架型定子多自由度超聲電機(jī)及其激勵(lì)方法，包含定子、球形轉(zhuǎn)子和壓電陶瓷片模塊；

所述定子包含第一至第四立柱、以及第一至第四橫梁，其中，第一至第四立柱為結(jié)構(gòu)相同的正四棱柱、第一至第四橫梁為結(jié)構(gòu)相同的長(zhǎng)方體；第一、第二立柱的上端分別和第一橫梁的兩端垂直固連，第三、第四立柱的兩端分別和第二橫梁的兩端垂直固連，第一、第四立柱的下端分別和第三橫梁的兩端垂直固連，第二、第三立柱的下端分別和第四橫梁的兩端垂直固連；第一橫梁下端面、第二橫梁下端面、第三橫梁上端面、第四橫梁上端面的中心處均設(shè)有凸起的驅(qū)動(dòng)足；

所述壓電陶瓷片模塊包含第一至第八壓電陶瓷片；

所述第一至第八壓電陶瓷片結(jié)構(gòu)相同，均為長(zhǎng)方形，一一對(duì)應(yīng)設(shè)置在所述第一至第四立柱八個(gè)外側(cè)面的中心，均關(guān)于第一立柱的中截面對(duì)稱(chēng)，寬度均和第一立柱的外側(cè)面等寬，長(zhǎng)度小于等于第一立柱長(zhǎng)度的三分之一；且第一至第八壓電陶瓷片沿著厚度方向同時(shí)朝內(nèi)或者同時(shí)朝外極化；

所述球形轉(zhuǎn)子包含第一球殼、第二球殼、預(yù)緊模塊和限位模塊；

所述第一至第二球殼結(jié)構(gòu)相同，均包含殼面和固定部，其中，所述殼面為高度小于半徑的空心半球體，其中心設(shè)有圓形的限位孔；所述固定部為一端開(kāi)口、一端封閉的空心圓柱體，其開(kāi)口一端和所述殼面在其限位孔處密閉固連，固定部的軸線經(jīng)過(guò)殼面的球心；

所述預(yù)緊模塊包含楔塊、預(yù)緊螺桿和預(yù)緊螺母；

所述楔塊為呈長(zhǎng)方臺(tái)狀，包含第一端壁、第二端壁、以及依次首位相連的第一至第四側(cè)壁，其中，所述第一端壁、第二端壁均為矩形，第一端壁面積小于第二端壁面積；第一側(cè)壁、第三側(cè)壁為形狀相同的矩形，第二側(cè)壁、第四側(cè)壁為相互平行且形狀相同的等腰梯形，且第一端壁、第二端壁均垂直于第二側(cè)壁；

所述預(yù)緊螺桿一端和楔塊第一端壁的中心垂直固連；

所述第一、第二球殼中固定部封閉端的外壁上均設(shè)有預(yù)緊凹槽和限位凹槽，其中，所述預(yù)緊凹槽為深度由一端到另一端逐漸變淺的矩形槽，限位凹槽為等深度的圓形槽，預(yù)緊凹槽和深度較淺的一端和限位凹槽的一端相連，預(yù)緊凹槽、限位凹槽共線且經(jīng)過(guò)固定部封閉端的圓心，將固定部封閉端分割為兩個(gè)部分；