CN109256980B - 一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机 - Google Patents
一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109256980B CN109256980B CN201811110396.XA CN201811110396A CN109256980B CN 109256980 B CN109256980 B CN 109256980B CN 201811110396 A CN201811110396 A CN 201811110396A CN 109256980 B CN109256980 B CN 109256980B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- truss
- self
- component
- piezoelectric
- rotor
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011208 reinforced composite material Substances 0.000 claims description 3
- 229920000431 shape-memory polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机。三个行波定子部件、转子部件与自锁部件均安装于桁架部件上，三个行波定子部件、转子部件与自锁部件构成关节球电机的本体部分，桁架部件是振动抑制的控制对象；桁架部件包括第一桁架和第二桁架，每个行波定子部件包括压电振子、螺旋板簧和星形支架；转子部件包括连接螺钉和球形转子；自锁部件包括支撑轴承、轴承套、丝杠、锥形花键槽、锥形花键滑块、复位弹簧和自锁电机；球形转子在三个压电行波振子的摩擦力的作用下能绕自身多自由度旋转。本发明的压电关节球电机具有功率密度高、自锁力矩大及不受空间电磁环境干扰等优点。
Description
技术领域
本发明涉及压电关节球电机，尤其涉及了一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机。
背景技术
实施载人航天、月球探测、高分辨率对地观测和深空探测等航天重大科技工程常采用大型可展开桁架结构。桁架结构采用轻质复合材料，在轨展开后自身阻尼较小，又不可避免地受到外界或者内部扰动，由此引起的结构挠性振动无法快速衰减使有效载荷无法工作或导致失效损伤，或因结构形变大而影响探测精度。目前常用的做法是在桁架结构中内置压电式或电磁式等主动控制部件，通过主动控制快速抑制挠性振动或实现系统保形控制，保证有效载荷在轨性能。电磁式主动控制部件存在力矩小、体较大及空间稳定性差等问题，需根据空间空间桁架的振动抑制需求，设计符合要求的压电式主动控制部件。
发明内容
以空间桁架振动抑制为目的，针对电磁式主动控制部件存在的力矩小、体积大及空间稳定性差等问题，本发明的目的在于提供基于逆压电效应的压电关节球电机，该电机具有功率密度高、自锁力矩大及不受空间电磁干扰等优点，可很好地满足空间桁架振动抑制的要求。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
本发明包括三个行波定子部件，转子部件、自锁部件和桁架部件；三个行波定子部件、转子部件与自锁部件均安装于桁架部件，三个行波定子部件、转子部件与自锁部件构成关节球电机的本体部分，桁架部件是振动抑制的控制对象。
所述桁架部件包括第一桁架和第二桁架，第一桁架和第二桁架分别位于上下方并相对布置。
每个所述定子部件包括压电行波振子、螺旋板簧和星形支架；三个行波定子部件的星形支架沿圆周间隔均布地固定于第二桁架上端面，星形支架带有斜安装面，斜安装面沿朝向第二桁架端面中心的径向布置且向第一桁架倾斜，压电行波振子通过螺旋板簧安装在星形支架的斜安装面。
所述转子部件包括连接螺钉和球形转子；球形转子为上部切去球缺的球结构，球形转子的球冠面通过四个连接螺钉固定于第一桁架端面，球形转子下部球面和三个行波定子部件的压电振子接触连接，球形转子内部中空形成空腔，空腔用于容置自锁部件，球形转子底部开有通孔。
所述自锁部件包括支撑轴承、轴承套、丝杠、锥形花键槽、锥形花键滑块、复位弹簧和自锁电机；自锁电机位于球形转子的空腔内，自锁电机输出轴与丝杠的一端同轴固连，锥形花键滑块通过螺纹套于丝杠上，锥形花键滑块外周围和球形转子空腔内壁配合，自锁电机端部与锥形花键滑块之间的丝杠外套装有复位弹簧，丝杠另一端穿过球形转子的通孔后与支持轴承的内圈紧配合，支持轴承放置于轴承套内，轴承套固定安装在第二桁架端面中心的内部；球形转子的空腔径向尺寸大于通孔径向尺寸，且空腔和通孔之间通过锥面过渡连通，空腔和通孔之间的锥面上开设花键结构形成锥形花键槽，锥形花键滑块的下部周面为和空腔和通孔之间锥面配合的锥面，锥形花键滑块的锥面开设用于锥形花键槽配合连接的花键结构。
所述的第一桁架和第二桁架采用基于形状记忆聚合物的碳纤维增强复合材料。
所述的压电行波振子为磷青铜、压电陶瓷和胶层的复合体，形状为环形。
所述的压电行波振子和转子部件的球形转子接触的表面边缘设有沿周向均匀分布的齿槽，齿槽外缘有倒角，齿槽内缘与球形转子接触。
所述的压电行波振子通过螺旋板簧能够三维自由弹性活动地安装在星形支架的斜安装面。
本发明的压电关节球电机放置于两桁架的连接处，电机具有工作与自锁两种状态。通过三个行波压电振子的配合驱动球形转子，实现多自由运动；通过机械式自锁机构，实现非工作状态的自锁功能。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明的电机具有通电转动与断电自锁两种状态。
2、本发明采用逆压电效应原理，相比于传统的电磁式多自由度电机具有直接输出力矩大，功率密度高等特点。
3、本发明具有机械式自锁机构，电机在断电时的非转动状态自锁力矩大。
4、本发明将自锁电机放置于球形转子内部，大大减小了电机体积，具有结构巧妙、紧凑等优点。
综合来说，本发明的压电关节球电机具有功率密度高、自锁力矩大及不受空间电磁环境干扰等优点。
附图说明
图1是本发明的剖视图。
图2是本发明的球电机本体三维图。
图3是本发明的三维图。
图中：a、行波定子部件，b、转子部件，c、自锁部件，d、桁架部件，1、第一桁架，2、连接螺钉，3、压电行波振子，4、螺旋板簧，5星形支架，6、第二桁架，7、支撑轴承，8、轴承套，9、丝杠，10、锥形花键槽，11、锥形花键滑块，12、复位弹簧，13、自锁电机，14、球形转子。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，本发明具体实施包括三个行波定子部件a，转子部件b、自锁部件c和桁架部件d；三个行波定子部件a、转子部件b与自锁部件c均安装于桁架部件d，三个行波定子部件a、转子部件b与自锁部件c构成关节球电机的本体部分，桁架部件d是振动抑制的控制对象。如图3所示，其中的桁架部件d包括第一桁架1和第二桁架6，第一桁架1和第二桁架6分别位于上下方并相对布置。
如图1所示，每个行波定子部件a包括压电行波振子3、螺旋板簧4和星形支架5；三个行波定子部件a的星形支架5沿圆周间隔均布地固定于第二桁架6上端面，星形支架5带有斜安装面，斜安装面沿朝向第二桁架6端面中心的径向布置且向第一桁架1倾斜，压电行波振子3后端通过螺旋板簧4能够三维自由弹性活动地安装在星形支架5的斜安装面。
如图1所示，转子部件b包括连接螺钉2和球形转子14；压电行波振子3和转子部件b的球形转子14接触的表面边缘设有沿周向均匀分布的齿槽，齿槽外缘有倒角，齿槽内缘与球形转子14接触。球形转子14为上部切去球缺的球结构，球形转子14的球冠面通过四个连接螺钉2固定于第一桁架1端面，球形转子14下部球面和三个定子部件a的压电行波振子3接触连接，球形转子14内部中空形成空腔，空腔用于容置自锁部件c，球形转子14底部开有通孔。
如图1所示，自锁部件c包括支撑轴承7、轴承套8、丝杠9、锥形花键槽10、锥形花键滑块11、复位弹簧12和自锁电机13；自锁电机13位于球形转子14的空腔内，自锁电机13输出轴与丝杠9的一端同轴固连，锥形花键滑块11通过螺纹套于丝杠9上，锥形花键滑块11外周围和球形转子14空腔内壁配合，自锁电机13端部与锥形花键滑块11之间的丝杠9外套装有复位弹簧12，复位弹簧12两端连接在自锁电机13端部与锥形花键滑块11之间，丝杠9另一端穿过球形转子14的通孔后与支持轴承7的内圈紧配合，支持轴承7放置于轴承套8内，支持轴承7的外圈和轴承套8紧配合，轴承套8固定安装在第二桁架6端面中心的内部；球形转子14的空腔径向尺寸大于通孔径向尺寸，且空腔和通孔之间通过锥面过渡连通，空腔和通孔之间的锥面上开设花键结构形成锥形花键槽10，锥形花键槽10用于与自锁部件c的锥形花键滑块11配合实现电机的大力矩自锁，锥形花键滑块11的下部周面为和空腔和通孔之间锥面配合的锥面，锥形花键滑块11的锥面开设用于锥形花键槽10配合连接的花键结构。
具体实施中安装两个支持轴承7，使得丝杠9另一端和支持轴承7连接更稳固。
第一桁架1和第二桁架6采用基于形状记忆聚合物的碳纤维增强复合材料；压电行波振子3为磷青铜、压电陶瓷和胶层的复合体，形状为环形。
本发明的具体工作实施过程如下：
当电机处于工作状态时，通过自锁电机13运行带动锥形花键滑块11沿球形转子14竖直空腔导向上靠近位于自锁电机13，使得复位弹簧12处于压缩状态，锥形花键滑块11的花键结构与锥形花键槽10的花键结构相脱离；
此时，三个压电行波振子3相互配合振动推动球形转子14，球形转子14在三个压电行波振子3的摩擦力的作用下，按照要求进行转动。球形转子14能绕自身中心进行三维旋转，具体来说能在竖直中心轴附近做多自由度旋转。
当电机处于自锁状态时，通过自锁电机13运行带动锥形花键滑块11沿球形转子14竖直空腔导向下远离位于自锁电机13，使得复位弹簧12处于松弛状态，锥形花键滑块11的花键结构与锥形花键槽10的花键结构压紧连接处于紧配状态，使得球形转子14通过花键结构固定于自锁电机13的锥形花键滑块11上，被锁死无法转动。
Claims (5)
1.一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机，其特征在于：包括三个行波定子部件(a)，转子部件(b)、自锁部件(c)和桁架部件(d)；三个行波定子部件(a)、转子部件(b)与自锁部件(c)均安装于桁架部件(d)上，三个行波定子部件(a)、转子部件(b)与自锁部件(c)构成关节球电机的本体部分，桁架部件(d)是振动抑制的控制对象；
所述桁架部件(d)包括第一桁架(1)和第二桁架(6)，第一桁架(1)和第二桁架(6)分别位于关节球电机的本体部分的上下方并相对布置；
每个所述定子部件(a)包括压电行波振子(3)、螺旋板簧(4)和星形支架(5)；三个的行波定子部件(a)的星形支架(5)沿圆周间隔均布地固定于第二桁架(6)上端面，星形支架(5)带有斜安装面，斜安装面沿朝向第二桁架(6)端面中心的径向布置且向第一桁架(1)倾斜，压电行波振子(3)通过螺旋板簧(4)安装在星形支架(5)的斜安装面；
所述转子部件(b)包括连接螺钉(2)和球形转子(14)；球形转子(14)为上部切去球缺的球结构，球形转子(14)的球冠面通过四个连接螺钉(2)固定于第一桁架(1)端面，球形转子(14)下部球面和三个行波定子部件(a)的压电行波振子(3)接触连接，球形转子(14)内部中空形成空腔，空腔用于放置自锁部件(c)，球形转子(14)底部开有通孔；
所述自锁部件(c)包括支撑轴承(7)、轴承套(8)、丝杠(9)、锥形花键槽(10)、锥形花键滑块(11)、复位弹簧(12)和自锁电机(13)；自锁电机(13)位于球形转子(14)的空腔内，自锁电机(13)输出轴与丝杠(9)的一端同轴固连，锥形花键滑块(11)通过螺纹套于丝杠(9)上，锥形花键滑块(11)外周围和球形转子(14)空腔内壁配合，自锁电机(13)端部与锥形花键滑块(11)之间的丝杠(9)外套装有复位弹簧(12)，丝杠(9)另一端穿过球形转子(14)的通孔后与支持轴承(7)的内圈紧配合，支持轴承(7)放置于轴承套(8)内，轴承套(8)固定安装在第二桁架(6)端面中心的内部；球形转子(14)的空腔径向尺寸大于通孔径向尺寸，且空腔和通孔之间通过锥面过渡连通，空腔和通孔之间的锥面上开设花键结构形成锥形花键槽(10)，锥形花键滑块(11)的下部周面为和空腔和通孔之间锥面配合的锥面，锥形花键滑块(11)的锥面开设用于锥形花键槽(10)配合连接的花键结构。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机，其特征在于：所述的第一桁架(1)和第二桁架(6)采用基于形状记忆聚合物的碳纤维增强复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机，其特征在于：所述的压电行波振子(3)为磷青铜、压电陶瓷和胶层的复合体，形状为环形。
4.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机，其特征在于：所述的压电行波振子(3)和转子部件(b)的球形转子(14)接触的表面边缘设有沿周向均匀分布的齿槽，齿槽外缘有倒角，齿槽内缘与球形转子(14)接触。
5.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机，其特征在于：所述的压电行波振子(3)通过螺旋板簧(4)能够三维自由弹性活动地安装在星形支架(5)的斜安装面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811110396.XA CN109256980B (zh) | 2018-09-21 | 2018-09-21 | 一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811110396.XA CN109256980B (zh) | 2018-09-21 | 2018-09-21 | 一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109256980A CN109256980A (zh) | 2019-01-22 |
| CN109256980B true CN109256980B (zh) | 2020-02-28 |
Family
ID=65047864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811110396.XA Expired - Fee Related CN109256980B (zh) | 2018-09-21 | 2018-09-21 | 一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109256980B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112109111B (zh) * | 2020-08-24 | 2024-01-23 | 同济大学 | 一种斜切面圆柱连接的三维机械关节、机械臂和控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005224029A (ja) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多自由度超音波モータ及び予圧装置 |
| CN201435691Y (zh) * | 2009-06-22 | 2010-03-31 | 浙江大学 | 二自由度球形行波型超声波电机 |
| CN203788190U (zh) * | 2014-03-25 | 2014-08-20 | 沈阳大学 | 多自由度摆动和转动的球面超声波电机 |
| CN107718042A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-02-23 | 西北农林科技大学 | 一种超声电机驱动的多自由度关节及其操作方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19961684A1 (de) * | 1999-12-21 | 2001-06-28 | Philips Corp Intellectual Pty | Aktuator mit einer Kugel und piezo-elektrischen Antrieben |
| JP2007135270A (ja) * | 2005-11-08 | 2007-05-31 | Double Giken Kk | 球面超音波モータ |
-
2018
- 2018-09-21 CN CN201811110396.XA patent/CN109256980B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005224029A (ja) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多自由度超音波モータ及び予圧装置 |
| CN201435691Y (zh) * | 2009-06-22 | 2010-03-31 | 浙江大学 | 二自由度球形行波型超声波电机 |
| CN203788190U (zh) * | 2014-03-25 | 2014-08-20 | 沈阳大学 | 多自由度摆动和转动的球面超声波电机 |
| CN107718042A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-02-23 | 西北农林科技大学 | 一种超声电机驱动的多自由度关节及其操作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109256980A (zh) | 2019-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4579012A (en) | Compact electromechanical actuator | |
| CN109131956B (zh) | 一种非合作目标星箭对接环捕获机构及其捕获方法 | |
| EP2102921A2 (en) | Piezoelectric generator of mechanical vibrations, and piezoelectric motor based thereon (variants) | |
| US9287761B2 (en) | System and apparatus for magnetic multiplication of torque and rotational movement | |
| CN109256980B (zh) | 一种用于空间桁架振动抑制和保形控制的压电关节球电机 | |
| CN103659834A (zh) | 一种多功能小型机械臂 | |
| CN103502135B (zh) | 与旋转器相关的装置 | |
| CN103516253A (zh) | 一种压电悬臂梁式超声波电机 | |
| CN111313749B (zh) | 一种贴片式压电驱动二自由度水下机械臂及其驱动方法 | |
| CN108923616A (zh) | 一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器 | |
| CN209919919U (zh) | 一种基于球形关节的压电机械手 | |
| CN107792322A (zh) | 磁耦合仿生推进装置及水下机器人 | |
| CN108111054B (zh) | 一种双弹性异形结构预紧的旋转型超声波电机 | |
| US4131029A (en) | Gimballed coupling for lead screw and nut assembly | |
| CN109995267B (zh) | 直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法 | |
| CN103078554A (zh) | 压电电机定转子间压紧力的调节方法及其调节装置 | |
| CN103986366B (zh) | 定子浮动的中空式超声电机 | |
| CN110578780A (zh) | 一种双驱动型滑动螺旋传动副及其构成的微量进给装置 | |
| CN112171712B (zh) | 一种压电驱动的多自由度空间机械关节及其工作方法 | |
| CN211720485U (zh) | 一种贴片式压电驱动二自由度水下机械臂 | |
| CN103812381A (zh) | 基于压电超声振子驱动的两自由度运动平台 | |
| CN110380642B (zh) | 一种并联复合型双输出轴旋转超声波电机 | |
| US20210257936A1 (en) | Device and Method for Transferring Electrical Power to a High-Speed Rotating Object | |
| WO2021076088A1 (en) | Self-reconfiguring modular robot with retractable wheel mechanisms | |
| CN219734123U (zh) | 一种滚珠丝杆防晃装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| 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: 20200228 |