CN106533254A - 三自由度球形转子超声电机定子基体 - Google Patents

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Abstract

三自由度球形转子超声电机定子基体，涉及三自由度球形转子超声电机，目的是为了解决现有多自由度旋转型超声电机驱动能力不足、结构复杂、难于实现小型化的问题。轴向振动环、隔振环和径向振动环同轴，且轴向振动环和径向振动环通过中间的隔振环连接；轴向振动环的上表面有四个驱动足；轴向振动环的上、下表面分别固定10片压电陶瓷片，两组压电陶瓷片的空间相位差为18°，每组中相邻两片极化方向相反；径向振动环的上、下表面分别固定四片径向振动环压电陶瓷片，两组压电陶瓷片组的空间相位差为0°，每组中相邻两片极化方向相反；所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化。适用于三自由度球形转子超声电机。

Description

三自由度球形转子超声电机定子基体
技术领域
本发明涉及到一种三自由度球形转子超声电机定子基体，属于压电超声电机技术领域。
背景技术
压电超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出超声频段内的振动，在弹性体表面特定点或特定区域形成具有特定轨迹的质点运动，进而通过定子、转子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的宏观运动，具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点。
但现有的多自由度旋转型超声电机存在驱动足少、驱动能力不足、结构复杂、难于实现小型化等问题。
发明内容
为了解决现有的多自由度旋转型超声电机驱动足少、驱动能力不足、结构复杂、难于实现小型化的问题，本发明提供了一种三自由度球形转子超声电机定子基体。
本发明的三自由度球形转子超声电机定子基体包括轴向振动环1、隔振环2、径向振动环3、四个驱动足4、两组轴向振动环压电陶瓷片组和两组径向振动环压电陶瓷片组；轴向振动环1、隔振环2和径向振动环3同轴布置；其中轴向振动环1和径向振动环3通过中间的隔振环2连接；轴向振动环1的上表面沿圆周方向布置有四个驱动足4；轴向振动环1的上、下表面分别固定一组轴向振动环压电陶瓷片组，每组轴向振动环压电陶瓷片组包括10片沿圆周方向均匀分布的轴向振动环压电陶瓷片6，两组轴向振动环压电陶瓷片组的空间相位差为18°，每组轴向振动环压电陶瓷片组中的相邻两片压电陶瓷极化方向相反；径向振动环3的上、下表面分别固定一组径向振动环压电陶瓷片组，每组径向振动环压电陶瓷片组包括四片沿圆周方向均匀分布的径向振动环压电陶瓷片7，两组径向振动环压电陶瓷片组的空间相位差为0°，每组径向振动环压电陶瓷片组的相邻两片径向振动环压电陶瓷片7极化方向相反；所有轴向振动环压电陶瓷片6和径向振动环压电陶瓷片7均沿厚度方向极化。
本发明采用沿厚度方向极化的二十片轴向振动环压电陶瓷片6和八片径向振动环压电陶瓷片7实现定子基体两种振动模态的激励。二十片轴向振动环压电陶瓷片6分别布置在轴向振动环的上下两面，每面布置十片，且上下两面压电陶瓷片空间相位差为18°，每一面上相邻两片压电陶瓷片极化方向相反，分别布置于轴向振动的波峰和波谷位置。通过给轴向振动环上下两组压电陶瓷片中的任意一组压电陶瓷片施加频率为定子基体轴向弯振谐振频率的交流电压，即可在定子基体中激励出轴向弯曲振动驻波。八片径向振动环压电陶瓷片7分别布置在径向振动环的上下两面，每面布置四片，且上下两面压电陶瓷片空间相位差为0°，每一面上相邻两片压电陶瓷片极化方向相反，分别布置于径向振动的波峰和波谷位置。
通过给径向振动环压电陶瓷片7施加频率为定子基体径向弯振谐振频率的交流电压，即可在定子基体中激励出径向弯曲振动驻波，并且可以提高振动驻波的振幅，有利于提高定子基体的驱动能力。当同时给轴向振动环上下两组压电陶瓷片施加相位差为90°的两路激励电压时，由于上下两组压电陶瓷片的布置存在相位差，所激励出的两组同频轴向弯曲振动驻波在空间上相差90°相位角，通过两列同频驻波的叠加即可在定子基体中形成轴向弯曲振动行波，从而在驱动足末端形成具有驱动转子绕Z轴旋转的椭圆驱动轨迹；当同时给轴向振动环上面或下面一组压电陶瓷片和径向振动环压电陶瓷片施加相位差为90°的两路激励电压时，即可在定子基体中激励出轴向振动和径向振动的叠加振动模态，从而在驱动足末端形成具有驱动转子绕X或Y轴旋转的椭圆驱动轨迹。通过改变两路激励电压的相位关系即可实现对转子的反向驱动。
本发明首次提出了一种采用圆环的径向振动和轴向振动两种振动模态的组合来驱动球形转子绕三个正交方向的旋转，并且每一个方向的驱动都是由四个驱动足同时参与驱动完成的，成功解决了多自由度超声电机在驱动时难以实现所有驱动足同时参与驱动的难题，提高了多自由度超声电机的驱动能力，且具有结构简单、易于实现小型化和批量生产等优点。
附图说明
图1是本发明所述的三自由度球形转子超声电机定子基体的立体结构示意图；
图2是图1所示定子基体中由轴向振动环1、隔振环2、径向振动环3和驱动足4组成的一体件的立体结构示意图；
图3中的(a)、(b)分别是图1中轴向振动环1与径向振动环3上压电陶瓷片的极化方向示意图；
图4是图1所示的定子基体安装在电机外壳9中工作时推动球形转子8运动的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的三自由度球形转子超声电机定子基体，包括轴向振动环1、隔振环2、径向振动环3、四个驱动足4、两组轴向振动环压电陶瓷片组和两组径向振动环压电陶瓷片组；轴向振动环1、隔振环2和径向振动环3同轴布置；其中轴向振动环1和径向振动环3通过中间的隔振环2连接；轴向振动环1的上表面沿圆周方向布置有四个驱动足4；轴向振动环1的上、下表面分别固定一组轴向振动环压电陶瓷片组，每组轴向振动环压电陶瓷片组包括10片沿圆周方向均匀分布的轴向振动环压电陶瓷片6，两组轴向振动环压电陶瓷片组的空间相位差为18°，每组轴向振动环压电陶瓷片组中的相邻两片压电陶瓷极化方向相反；径向振动环3的上、下表面分别固定一组径向振动环压电陶瓷片组，每组径向振动环压电陶瓷片组包括四片沿圆周方向均匀分布的径向振动环压电陶瓷片7，两组径向振动环压电陶瓷片组的空间相位差为0°，即径向振动环3上表面的四片径向振动环压电陶瓷片7分别与径向振动环3下表面的四片径向振动环压电陶瓷片7上下相对设置，每组径向振动环压电陶瓷片组的相邻两片径向振动环压电陶瓷片7极化方向相反；所有轴向振动环压电陶瓷片6和径向振动环压电陶瓷片7均沿厚度方向极化。四个安装孔5均布于径向振动环3外侧，用于将三自由度球形转子超声电机定子基体安装在电机外壳9中。
本实施方式的三自由度球形转子超声电机定子基体在应用的时候，径向振动环3与驱动电源的公共端(即第一相驱动信号、第二相驱动信号和第三相驱动信号中的接地端)连接，径向振动环3上下两个表面上固定的八片压电陶瓷片7的外表面与第一相驱动信号连接；轴向振动环1上表面上固定的十片压电陶瓷片6的外表面与第二相驱动信号连接；轴向振动环1下表面上固定的十片压电陶瓷片6的外表面与第三相驱动信号链接。给定子基体施加三路驱动信号中的任意两路即可驱动转子沿某个固定的方向旋转。
具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的三自由度球形转子超声电机定子基体的进一步限定，本实施方式中，轴向振动环1、隔振环2和径向振动环3为一体件。其中轴向振动环1位于隔振环2内部，径向振动环3位于隔振环2外部，隔振环2位于中间，且其厚度小于轴向振动环1和径向振动环3的厚度。这样布置可以使得轴向振动环1的轴向振动不对径向振动环3的径向振动产生较大影响，同时径向振动环3的径向振动又能较好的效耦合到内部的驱动足上，有效的隔离轴向振动环1的轴向振动和径向振动环3的径向振动，便于频率简并和提高驱动足振幅。
具体实施方式三：本实施方式是对实施方式一和二所述的三自由度球形转子超声电机定子基体的进一步限定，本实施方式中，四个驱动足4均匀布置，即相邻两个驱动足之间的空间相位差为90°。
这样的布置有利于形成较高振幅的椭圆驱动轨迹，同时对称的驱动足有利于提高定子基体的稳定性。

Claims (3)

1.三自由度球形转子超声电机定子基体，其特征在于，包括轴向振动环(1)、隔振环(2)、径向振动环(3)、四个驱动足(4)、两组轴向振动环压电陶瓷片组和两组径向振动环压电陶瓷片组；轴向振动环(1)、隔振环(2)和径向振动环(3)同轴布置；其中轴向振动环(1)和径向振动环(3)通过中间的隔振环(2)连接；轴向振动环(1)的上表面沿圆周方向布置有四个驱动足(4)；轴向振动环(1)的上、下表面分别固定一组轴向振动环压电陶瓷片组，每组轴向振动环压电陶瓷片组包括10片沿圆周方向均匀分布的轴向振动环压电陶瓷片(6)，两组轴向振动环压电陶瓷片组的空间相位差为18°，每组轴向振动环压电陶瓷片组中的相邻两片压电陶瓷极化方向相反；径向振动环(3)的上、下表面分别固定一组径向振动环压电陶瓷片组，每组径向振动环压电陶瓷片组包括四片沿圆周方向均匀分布的径向振动环压电陶瓷片(7)，两组径向振动环压电陶瓷片组的空间相位差为0°，每组径向振动环压电陶瓷片组的相邻两片径向振动环压电陶瓷片(7)极化方向相反；所有轴向振动环压电陶瓷片(6)和径向振动环压电陶瓷片(7)均沿厚度方向极化。
2.根据权利要求1所述的三自由度球形转子超声电机定子基体，其特征在于，轴向振动环(1)、隔振环(2)和径向振动环(3)为一体件。
3.根据权利要求1或2所述的三自由度球形转子超声电机定子基体，其特征在于，四个驱动足(4)均匀布置，即相邻两个驱动足之间的空间相位差为90°。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107324275A (zh) * 2017-08-29 2017-11-07 山东大学 一种串联环扇形压电三维微伺服平台的结构
CN107612417A (zh) * 2017-10-25 2018-01-19 哈尔滨工业大学 三自由度球形转子超声电机定子基体及其激励方法
CN108429400A (zh) * 2018-03-27 2018-08-21 河北科技大学 电磁压电混合驱动多自由度电机
CN108448929A (zh) * 2018-04-11 2018-08-24 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种凸台型行波微马达转子
CN109921681A (zh) * 2019-03-20 2019-06-21 河北科技大学 柱状和盘状混合驱动多自由度超声电机
CN110601596A (zh) * 2019-05-09 2019-12-20 山东理工大学 一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机
CN111146971A (zh) * 2020-02-24 2020-05-12 南京航空航天大学 一种夹心式多模态复合型旋转压电作动器及其工作方法
CN111682795A (zh) * 2020-06-12 2020-09-18 南京航达超控科技有限公司 一种具有备份功能的旋转型行波超声电机及其驱动控制方法
CN113224972A (zh) * 2021-04-28 2021-08-06 南京航空航天大学 单定子三自由度球形超声电机及其激励方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101162877A (zh) * 2007-08-30 2008-04-16 南京航空航天大学 圆环形多自由度超声电机及电激励方法
WO2013069343A1 (ja) * 2011-11-09 2013-05-16 株式会社豊田自動織機 超音波モータ
CN104578899A (zh) * 2015-02-05 2015-04-29 哈尔滨工业大学 贴片式圆环双足超声电机振子
CN105634327A (zh) * 2016-02-26 2016-06-01 南京航空航天大学 一种二自由度球形超声电机及其控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101162877A (zh) * 2007-08-30 2008-04-16 南京航空航天大学 圆环形多自由度超声电机及电激励方法
WO2013069343A1 (ja) * 2011-11-09 2013-05-16 株式会社豊田自動織機 超音波モータ
CN104578899A (zh) * 2015-02-05 2015-04-29 哈尔滨工业大学 贴片式圆环双足超声电机振子
CN105634327A (zh) * 2016-02-26 2016-06-01 南京航空航天大学 一种二自由度球形超声电机及其控制方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107324275B (zh) * 2017-08-29 2019-01-04 山东大学 一种串联环扇形压电三维微伺服平台的结构
CN107324275A (zh) * 2017-08-29 2017-11-07 山东大学 一种串联环扇形压电三维微伺服平台的结构
CN107612417A (zh) * 2017-10-25 2018-01-19 哈尔滨工业大学 三自由度球形转子超声电机定子基体及其激励方法
CN107612417B (zh) * 2017-10-25 2019-03-29 哈尔滨工业大学 三自由度球形转子超声电机定子基体及其激励方法
CN108429400B (zh) * 2018-03-27 2020-02-14 河北科技大学 电磁压电混合驱动多自由度电机
CN108429400A (zh) * 2018-03-27 2018-08-21 河北科技大学 电磁压电混合驱动多自由度电机
CN108448929A (zh) * 2018-04-11 2018-08-24 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种凸台型行波微马达转子
CN109921681A (zh) * 2019-03-20 2019-06-21 河北科技大学 柱状和盘状混合驱动多自由度超声电机
CN109921681B (zh) * 2019-03-20 2020-06-30 河北科技大学 柱状和盘状混合驱动多自由度超声电机
CN110601596A (zh) * 2019-05-09 2019-12-20 山东理工大学 一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机
CN111146971A (zh) * 2020-02-24 2020-05-12 南京航空航天大学 一种夹心式多模态复合型旋转压电作动器及其工作方法
CN111146971B (zh) * 2020-02-24 2024-05-28 南京航空航天大学 一种夹心式多模态复合型旋转压电作动器及其工作方法
CN111682795A (zh) * 2020-06-12 2020-09-18 南京航达超控科技有限公司 一种具有备份功能的旋转型行波超声电机及其驱动控制方法
CN111682795B (zh) * 2020-06-12 2022-09-27 南京航达超控科技有限公司 一种具有备份功能的旋转型行波超声电机及其驱动控制方法
CN113224972A (zh) * 2021-04-28 2021-08-06 南京航空航天大学 单定子三自由度球形超声电机及其激励方法
CN113224972B (zh) * 2021-04-28 2022-06-17 南京航空航天大学 单定子三自由度球形超声电机及其激励方法

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