CN102175235A - 球形压电定子式陀螺仪 - Google Patents

球形压电定子式陀螺仪 Download PDF

Info

Publication number
CN102175235A
CN102175235A CN2011100239220A CN201110023922A CN102175235A CN 102175235 A CN102175235 A CN 102175235A CN 2011100239220 A CN2011100239220 A CN 2011100239220A CN 201110023922 A CN201110023922 A CN 201110023922A CN 102175235 A CN102175235 A CN 102175235A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spherical
stator
clamping device
piezoelectric
semisphere
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011100239220A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102175235B (zh
Inventor
陈超
李繁
贾兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN 201110023922 priority Critical patent/CN102175235B/zh
Publication of CN102175235A publication Critical patent/CN102175235A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102175235B publication Critical patent/CN102175235B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明公开一种球形压电定子式陀螺仪，包括球形定子、球形转子和夹持装置，球形定子由第一、二半球形压电定子相互扣合密封装配而成，且二者内部形成容置腔，所述两个半球形压电定子的内球面均镀银电极，外球面以相同形式分区镀银电极；球形转子位于球形定子的容置腔内，夹持装置包括分别固定于球形定子极轴两端的第一、二轴向夹持装置和固定于球形定子赤道面处的径向夹持装置；对第一半球形压电定子的奇数分区和偶数分区分别施加相位差为π/2的正弦电压信号，从而激发出第一行波，第二半球形压电定子与第一半球形压电定子的加电方式相同，从而激发出第二行波，球形转子在所述的第一行波和第二行波的作用下悬浮地旋转。此种陀螺仪结构简单，精度高。

Description

球形压电定子式陀螺仪
技术领域
本发明属于悬浮式机械陀螺领域，特别涉及一种姿态敏感陀螺仪。
背景技术
陀螺仪是一种利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置，主要包括陀螺转子、内外框架和附件（指力矩马达、信号传感器等）。
采用非接触式的支承系统可有效减少干扰力矩，提高陀螺系统的精度。由于静电陀螺仪和磁悬浮陀螺仪的机理所致，高精度的代价带来了制造、加工的苛刻要求和高昂成本，甚至进一步提高精度时遇到难以逾越的技术瓶颈，系统极为复杂，难以微小化，使其并未获得广泛的领域应用。
基于以上考虑，从原理、方法和工艺上来提出新型悬浮式陀螺机构，为实现更高性价比的陀螺仪提供了理论依据和技术支持，为研制更广泛的适用于航空、航天等高效率（节省能源）、机构紧凑的导航设备提供了新的选择。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种球形压电定子式陀螺仪，其结构简单，精度高。
本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是：
一种球形压电定子式陀螺仪，包括球形定子、球形转子和夹持装置，球形定子由第一半球形压电定子和第二半球形压电定子相互扣合密封装配而成，且二者内部形成容置腔，所述两个半球形压电定子的内球面均镀银电极，外球面以相同形式分区镀银电极；球形转子位于球形定子的容置腔内，夹持装置包括分别固定于球形定子极轴两端的第一轴向夹持装置、第二轴向夹持装置和固定于球形定子赤道面处的径向夹持装置；对第一半球形压电定子的奇数分区和偶数分区分别施加相位差为π/2的正弦电压信号，从而激发出第一行波，第二半球形压电定子与第一半球形压电定子的加电方式相同，从而激发出第二行波，球形转子在所述的第一行波和第二行波的作用下悬浮地旋转。
上述第一半球形压电定子的外球面等分分区，所述分区的数目为波长数目的4倍，且每两个相邻分区为一组，依次正向极化和反向极化。
上述陀螺仪还包括上端盖、下端盖、第一外罩和第二外罩，其中，第一外罩和第二外罩分别罩设于第一半球形压电定子和第二半球形压电定子的外部，且二者之间夹设径向夹持装置并与之固定；而第一外罩和第二外罩的外端部则分别设置上端盖和下端盖，所述的上、下端盖还分别与第一轴向夹持装置、第二轴向夹持装置固定。
采用上述方案后，本发明通过对压电材料制成的球形定子的逆压电效应激励出定子行波和定/转子之间的高强度行波声场，从而悬浮并驱动转子以非接触的形式高速旋转，球形转子与外界并没有任何机械接触，因此不存在传统的接触式轴承产生的固体间的摩擦力，有效避免了干扰力矩，从而提高陀螺仪的精度；另外，球形定子由压电材料直接制备成型，简化了整体结构，易于微小化，不受外磁场的影响，加工和装配都容易实现较高的精度。
附图说明
图1是本发明的剖视图；
图2是本发明的分解示意图；
图3是本发明中球形定子的有限元模型图；
图4是本发明中球形定子A相y向模态视图；
图5是本发明中球形定子A相z向模态视图；
图6是本发明中球形定子B相y向模态视图；
图7是本发明中球形定子B相z向模态视图；
图8是本发明中球形定子的等分极化和配置方式图沿极轴方向的投影。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例对本发明的结构及工作原理进行详细说明。
如图2所示，本发明提供一种球形压电定子式陀螺仪，包括球形定子、球形转子和夹持装置，以下将分别介绍。
球形定子由压电材料直接制备而成，在本实施例中，为方便装设，球形定子由第一半球形压电定子11和第二半球形压电定子12扣合密封装配而成，并在二者之间形成有容置腔13，所述的第一、二半球形压电定子11、12形态相同，均于内球面完全镀银电极，而外球面则分区镀银电极，所述分区可采用等分方式，也可采用不等分方式，以等分方式效果尤佳，在本实施例中，即采用等分分区的方式，且分区的数目为波长数目的4倍，配合图8所示，对第一半球形压电定子11而言，为激发出第一行波，波长为7个波长，将其等分为28个分区，弧长及极化方向依次为：                                                
Figure 2011100239220100002DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 201807DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 736693DEST_PATH_IMAGE001
-、-、
Figure 149275DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 186632DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 310446DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 909311DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 384155DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 225203DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 469102DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 970360DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 932499DEST_PATH_IMAGE001
+、+、
Figure 675645DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 344874DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 794309DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 977160DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 930073DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 38712DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 709865DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 696406DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 769405DEST_PATH_IMAGE001
-、
Figure 51875DEST_PATH_IMAGE001
-、+、
Figure 734977DEST_PATH_IMAGE001
+、
Figure 662482DEST_PATH_IMAGE001
-、-，其中奇数分区构成A相极化区，偶数分区构成B相极化区，而第二半球形压电定子12与第一半球形压电定子11的分区及极化方式相同，在此不再赘述。
球形转子2位于球形定子的容置腔13内，且与球形定子并无连接。
夹持装置用于将球形定子在轴向和径向两个方向上进行夹持固定，在本实施例中，夹持装置包括进行轴向夹持的第一轴向夹持装置31、第二轴向夹持装置32和进行径向夹持的径向夹持装置33，配合图2所示，其中，第一轴向夹持装置31和第二轴向夹持装置32分别位于球形定子的极轴两端，并分别与第一半球形压电定子11、第二半球形压电定子12固定；径向夹持装置33位于球形定子的赤道面处，并环套在球形定子的外部。
配合图1和图2所示，本发明还包括上端盖41、下端盖42、第一外罩51和第二外罩52，其中，第一外罩51和第二外罩52分别罩设于第一半球形压电定子11和第二半球形压电定子12的外部，且二者之间夹设径向夹持装置33并与之固定；而第一外罩51和第二外罩52的外端部则分别设置上端盖41和下端盖42，所述的上、下端盖41、42还分别与第一轴向夹持装置31、第二轴向夹持装置32固定，从而将球形转子加以定位。
在实际应用时，在第一半球形压电定子11的A、B相极化区依次接入两相相位差π/2的正弦电压信号，从而激发出第一行波，见图4中的P所示，而第二半球形压电定子12与第一半球形压电定子11的加电方式相同，在激励电压作用下产生第二行波，见图4中的Q所示，特别地，如若产生反向的行波，只需改变或互换输入信号即可。
接续前述，结合图5至图7所示，第一行波和第二行波在球形定子、球形转子2之间形成高强度的行波声场，为球形转子2提供悬浮力及驱动力，从而悬浮球形转子2并驱动其以非接触的形式沿行波的传播方向高速旋转，使球形转子2的阻力矩降到最小。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种球形压电定子式陀螺仪，其特征在于：包括球形定子、球形转子和夹持装置，球形定子由第一半球形压电定子和第二半球形压电定子相互扣合密封装配而成，且二者内部形成容置腔，所述两个半球形压电定子的内球面均镀银电极，外球面以相同形式分区镀银电极；球形转子位于球形定子的容置腔内，夹持装置包括分别固定于球形定子极轴两端的第一轴向夹持装置、第二轴向夹持装置和固定于球形定子赤道面处的径向夹持装置。
2.如权利要求1所述的球形压电定子式陀螺仪，其特征在于：所述第一半球形压电定子的外球面等分分区，所述分区的数目为波长数目的4倍，且每两个相邻分区为一组，依次正向极化和反向极化。
3.如权利要求1所述的球形压电定子式陀螺仪，其特征在于：所述陀螺仪还包括上端盖、下端盖、第一外罩和第二外罩，其中，第一外罩和第二外罩分别罩设于第一半球形压电定子和第二半球形压电定子的外部，且二者之间夹设径向夹持装置并与之固定；而第一外罩和第二外罩的外端部则分别设置上端盖和下端盖，所述的上、下端盖还分别与第一轴向夹持装置、第二轴向夹持装置固定。
CN 201110023922 2011-01-21 2011-01-21 球形压电定子式陀螺仪 Expired - Fee Related CN102175235B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110023922 CN102175235B (zh) 2011-01-21 2011-01-21 球形压电定子式陀螺仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110023922 CN102175235B (zh) 2011-01-21 2011-01-21 球形压电定子式陀螺仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102175235A true CN102175235A (zh) 2011-09-07
CN102175235B CN102175235B (zh) 2012-12-12

Family

ID=44518446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110023922 Expired - Fee Related CN102175235B (zh) 2011-01-21 2011-01-21 球形压电定子式陀螺仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102175235B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102564409A (zh) * 2012-02-24 2012-07-11 哈尔滨工业大学 电磁驱动框架结构的转子式微机械陀螺
CN105115486A (zh) * 2015-07-17 2015-12-02 东南大学 静电悬浮三轴球壳谐振微陀螺仪及其加工方法
CN106123883A (zh) * 2016-08-31 2016-11-16 大连民族大学 球体转子三轴陀螺仪
CN109212787A (zh) * 2017-07-09 2019-01-15 徐伟科 一种光束控制装置
CN109475015A (zh) * 2018-11-21 2019-03-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种用于核磁共振陀螺仪的笼式无磁加热器
CN113063408A (zh) * 2021-03-15 2021-07-02 西安交通大学 一种基于平面全息换能器的超声悬浮陀螺仪

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08128829A (ja) * 1994-10-28 1996-05-21 Japan Aviation Electron Ind Ltd 垂直ジャイロ
CN1603744A (zh) * 2004-10-28 2005-04-06 上海交通大学 基于复合磁悬浮轴承的微小陀螺
CN1955706A (zh) * 2005-10-24 2007-05-02 中国科学院电工研究所 陀螺仪球形转子三维静平衡测量方法及装置
CN101071067A (zh) * 2007-06-21 2007-11-14 上海交通大学 双模式反磁转子感应旋转微陀螺
CN101436356A (zh) * 2008-12-16 2009-05-20 北京航空航天大学 一种陀螺力矩测量装置及其测量方法
CN101839717A (zh) * 2010-03-26 2010-09-22 南京航空航天大学 近场超声悬浮陀螺仪

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08128829A (ja) * 1994-10-28 1996-05-21 Japan Aviation Electron Ind Ltd 垂直ジャイロ
CN1603744A (zh) * 2004-10-28 2005-04-06 上海交通大学 基于复合磁悬浮轴承的微小陀螺
CN1955706A (zh) * 2005-10-24 2007-05-02 中国科学院电工研究所 陀螺仪球形转子三维静平衡测量方法及装置
CN101071067A (zh) * 2007-06-21 2007-11-14 上海交通大学 双模式反磁转子感应旋转微陀螺
CN101436356A (zh) * 2008-12-16 2009-05-20 北京航空航天大学 一种陀螺力矩测量装置及其测量方法
CN101839717A (zh) * 2010-03-26 2010-09-22 南京航空航天大学 近场超声悬浮陀螺仪

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘凯等: "反磁悬浮涡流旋转微陀螺的定子研究", 《微细加工技术》, no. 6, 31 December 2008 (2008-12-31) *
刘芳华等: "利用ABAQUS的陀螺球模态分析", 《现代制造工程》, no. 6, 31 December 2009 (2009-12-31) *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102564409A (zh) * 2012-02-24 2012-07-11 哈尔滨工业大学 电磁驱动框架结构的转子式微机械陀螺
CN102564409B (zh) * 2012-02-24 2014-10-22 哈尔滨工业大学 电磁驱动框架结构的转子式微机械陀螺
CN105115486A (zh) * 2015-07-17 2015-12-02 东南大学 静电悬浮三轴球壳谐振微陀螺仪及其加工方法
CN105115486B (zh) * 2015-07-17 2018-03-20 东南大学 静电悬浮三轴球壳谐振微陀螺仪的加工方法
CN106123883A (zh) * 2016-08-31 2016-11-16 大连民族大学 球体转子三轴陀螺仪
CN109212787A (zh) * 2017-07-09 2019-01-15 徐伟科 一种光束控制装置
WO2019011111A1 (zh) * 2017-07-09 2019-01-17 徐伟科 一种光束控制装置
CN109212787B (zh) * 2017-07-09 2020-09-29 徐伟科 一种光束控制装置
US11215816B2 (en) 2017-07-09 2022-01-04 Weike XU Beam control apparatus
CN109475015A (zh) * 2018-11-21 2019-03-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种用于核磁共振陀螺仪的笼式无磁加热器
CN109475015B (zh) * 2018-11-21 2021-05-07 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种用于核磁共振陀螺仪的笼式无磁加热器
CN113063408A (zh) * 2021-03-15 2021-07-02 西安交通大学 一种基于平面全息换能器的超声悬浮陀螺仪

Also Published As

Publication number Publication date
CN102175235B (zh) 2012-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102175235B (zh) 球形压电定子式陀螺仪
CN101561275B (zh) 利用电磁和电荷弛豫工作的悬浮转子微陀螺
KR101578824B1 (ko) 가역의 발전기-전동기 동작이 가능한 전자기 장치
US9184676B2 (en) Varying capacitance rotating electrical machine
CN108429400B (zh) 电磁压电混合驱动多自由度电机
CN109818472B (zh) 一种双定子结构三自由度电机
CN109921588B (zh) 一种高稳定性三自由度运动电动机
CN104836408A (zh) 一种六自由度永磁同步磁悬浮球形电机
CN102931869A (zh) 一种贴片式超声波电机振子及其驱动方法
CN109229424B (zh) 一种多自由度球形电动式磁悬浮动量轮
CN102710167A (zh) 弯振子激励的旋转超声电机及其电激励方式
CN101839717B (zh) 近场超声悬浮陀螺仪
CN101216308B (zh) 圆形及多环形轴向充磁永磁反磁转子感应旋转微陀螺
CN107612417B (zh) 三自由度球形转子超声电机定子基体及其激励方法
CN100483074C (zh) 电磁悬浮静电驱动微转动陀螺
CN1603744A (zh) 基于复合磁悬浮轴承的微小陀螺
CN110350741A (zh) 一种基于柔性pcb绕组的多定子多转子电机系统
Zheng et al. Sequentially-excited multi-oscillator piezoelectric rotary energy harvester for charging capacity enhancement
CN109802513A (zh) 永磁转子驱动式多自由度运动电机
CN105162354A (zh) 基于超磁致伸缩材料的摇头型微电机
CN202663321U (zh) 弯振子激励的旋转超声电机
CN101216309B (zh) 圆形及多环形轴向充磁永磁反磁转子静电旋转微陀螺
RU2694712C1 (ru) Волновая электростанция
CN100552382C (zh) 圆形及多环形轴向径向充磁永磁反磁转子感应旋转微陀螺
CN100565108C (zh) 圆形及多环形轴向径向充磁反磁转子电荷驰豫旋转微陀螺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121212

Termination date: 20210121