CN111682795A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明涉及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，旋转型行波超声电机采用一片压电陶瓷片工作另一片压电陶瓷片待机的工作方式工作，当检测到工作中的压电陶瓷片出现异常时，自动或人为控制切换到由待机状态下的那片压电陶瓷继续工作；本发明提供的旋转型行波超声电机与现有旋转型行波超声电机相比，解决了现有超声电机无法同轴备份的技术瓶颈问题，在航空航天、核电等不能在第一时间更换电机排除故障以及其他要求必须同轴备份电机提高系统可靠性的场合，具有更高的安全性以及较大的优势，可保证系统更好的完成任务。

Description

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

技术领域

本发明涉及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，属于超声电机技术领域。

背景技术

超声电机是20世纪80年代开始发展起来的一种全新概念的微特电机，其工作原理是利用压电陶瓷片的逆压电效应，激发弹性体定子在超声频域内的微幅振动，并通过定转子之间的摩擦作用将定子弹性体的微幅振动转换成转子的宏观旋转运动，输出功率，驱动负载。这种新型微电机相比较传统电磁电机，具有以下优点

1.结构紧凑，推重比大；

2.响应快，能够断电自锁；

3.位置分辨率比较高，电机的可控性比较强；

4.工作的时不产生磁场，也不受外界电磁场干扰；

5.在真空和高温以及低温等极端环境下仍可以正常工作；

6.无需齿轮减速机构就可以直接输出力和直线运动；

7.结构简单，生产、维护的成本低，结构设计比较灵活，易于实现小型化与轻量化。

因此，超声电机在轿车电器、办公自动化设备、精密仪器仪表、计算机辅助制造、工业控制系统、航空航天、智能机器人等领域都有着广泛的应用前景。

目前旋转型行波超声电机有两种较为典型的结构：⑴单定子-单转子旋转型行波超声电机，这种行波超声电机工作原理和结构最早起源于日本并一直沿用至今，其经典结构详见日本专利JPH0828985B2、JPH0787707B2，以及后来国内申请的类似专利CN1112759C、CN202111634U、CN108880322A等；这种结构的行波超声电机的共同点都是只有一个定子弹性体，且定子弹性体的外环的一面用于粘贴压电陶瓷片，外环的另一面开设有齿状的结构，给压电陶瓷片激励信号，则可以激发定子弹性体的振动，产生具有驱动作用的行波，驱动转子(动子)做旋转运动；但是这种超声电机不具备备份功能，一旦该压电陶瓷片断电，或者该压电陶瓷片出现碎裂、击穿，将无法在该定子弹性体内激发出具有驱动作用的行波继续工作，则需更换新的电机；⑵多定子-多转子旋转型行波超声电机，多定转子行波超声电机实际上是由多个单定转子旋转型行波超声电机串联而成，结构中每个定子弹性体对应一个转子构成一组驱动源，多个转子共轴输出转矩转速。其双定转子旋转型行波超声电机经典结构详见日本专利JP33607987、JP2013000207A，国内专利CN101702592A；超过三个定转子的旋转型行波超声电机的经典结构详见国内专利CN108233765A；对于上述的双定转子旋转型行波超声电机，一旦有一组定子弹性体上的压电陶瓷片断电，或者该压电陶瓷片出现碎裂、击穿，将无法在该定子弹性体内激发出具有驱动作用的行波，该组定子弹性体与转子接触面之间在预压力作用下将产生静摩擦力自锁，且自锁力矩大于等于另一组定转子的最大驱动力矩，因此，整个电机也将无法继续输出力矩和转速，电机也不具备备份功能；对于上述的超过三个定转子的旋转型行波超声电机，同样也存在这样的问题，一旦有一组或多组定子弹性体上的压电陶瓷片断电，或者压电陶瓷片出现碎裂、击穿，只有在正常工作的定转子输出的驱动力矩完全克服了坏了的那一组或多组定转子之间的静摩擦力才能继续输出转矩和转速，显然，此时的输出转矩和转速也将无法正常的完成任务，因此该超声电机也不具备备份功能。

综上，正是因为受到超声电机自锁特性的限制，导致超声电机至今仍不能像传统电磁电机那样进行同轴备份。显然，这很大程度的限制了超声电机在航空航天、核电等要求必须同轴备份提高系统可靠性的场合应用。

发明内容

本发明提供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，解决了现有超声电机无法同轴备份的技术瓶颈问题，自身具备备份功能，提高了自身安全性以及可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有备份功能的旋转型行波超声电机，包括定子座、外壳、定子弹性体组件和转子组件，定子弹性体组件固定安装在定子座上，转子组件压设在定子弹性体组件上方，外壳压设在转子组件上；

定子弹性体组件包括定子弹性体，在定子弹性体的表面、底面分别设置压电陶瓷片，

正常工况下，其中一片压电陶瓷片处于工作状态，另一片压电陶瓷片处于待机状态；

故障情况下，当检测到运作中的压电陶瓷片出现异常时，处于待机状态的压电陶瓷片启动；

作为本发明的进一步优选，在定子弹性体表面设置的压电陶瓷片为上压电陶瓷片，定子弹性体底面设置的压电陶瓷片为下压电陶瓷片；

定子组件还包括上PCB出线板、上柔性导电膜、下柔性导电膜以及下PCB出线板，且定子组件由上至下以上PCB出线板、上柔性导电膜、上压电陶瓷片、定子弹性体、下压电陶瓷片、下柔性导电膜以及下PCB出线板的顺序顺次叠加设置。

上压电陶瓷片的两相、孤极与定子弹性体组件的地线通过上PCB出线板焊线引出；

下压电陶瓷片的两相、孤极与定子弹性体组件的地线通过下PCB出线板焊线引出；

作为本发明的进一步优选，前述的上压电陶瓷片、下压电陶瓷片均选用圆环形压电陶瓷片；在定子弹性体的表面、底面分别开设用于粘贴压电陶瓷片的环形平面，且位于定子弹性体表面的环形平面外径小于位于定子弹性体底面的环形平面的外径；

沿着定子弹性体表面的环形平面的环形圆周设置若干齿状结构；

作为本发明的进一步优选，沿着定子弹性体表面的环形平面的环形圆周设置若干齿状结构，齿状结构的内径小于定子弹性体表面的环形平面的外径；

齿状结构的齿底与定子弹性体底面的环形平面之间有距离或者齿状结构贯穿环形圆周壁；

作为本发明的进一步优选，上压电陶瓷片为多段式结构，前述的多段式结构为圆环分割形成若干段圆弧状结构；

下压电陶瓷片为圆环结构或者多段式结构；

作为本发明的进一步优选，沿着定子弹性体表面的环形平面的环形圆周设置若干齿状结构，齿状结构的内径大于或者等于定子弹性体表面的环形平面的外径；

齿状结构的齿底与定子弹性体底面的环形平面之间有距离或者齿状结构贯穿环形圆周壁；

作为本发明的进一步优选，上压电陶瓷片或下压电陶瓷片为圆环结构或者多段式结构；

前述的多段式结构为圆环分割形成若干段圆弧状结构；

作为本发明的进一步优选，单独对其中任何一片压电陶瓷片或者同时对两片压电陶瓷片施加激励信号，均可以激发定子弹性体的振动，产生具有驱动作用的行波，驱动转子组件旋转运动输出力矩和转速；

一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的驱动控制方法，

在正常工况下，对旋转型行波超声电机的其中一片压电陶瓷片施加激励信号，激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动输出力矩和转速，另外一片压电陶瓷片处于待机状态；

当处于工况下的压电陶瓷片出现碎裂、击穿或者异常断电情况时，自动或者人为控制切换到处于待机状态的压电陶瓷片激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动继续输出力矩和转速；

当处于工况下的压电陶瓷片无法正常启动或输出转矩不足的异常情况时，自动或者人为控制切换到两片压电陶瓷片同时激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动继续输出力矩和转速；

作为本发明的进一步优选，在处于工况下的压电陶瓷片出现无法正常启动或输出转矩不足的异常情况时，选择对两片压电陶瓷片同时激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动继续输出力矩和转速，两片压电陶瓷片激发出来的行波重合，即波峰与波峰、波谷与波谷重叠；

其中，对两片压电陶瓷片进行激励的方式包括，两组独立的同频、同相，但是幅值可以不同的激励信号同时激励两片压电陶瓷片；或者一组激励信号同时激励两片压电陶瓷片。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明解决了现有旋转型行波超声电机无法同轴备份的技术瓶颈问题，尤其是在航空航天、核电等不能在第一时间更换电机排出故障或者其他要求必须同轴备份电机提高系统可靠性的场合，本申请提供的旋转型行波超声电机更具优势，可以保证系统更好的完成任务；

2、本发明旋转型行波超声电机的定子弹性体，其粘贴有两片压电陶瓷片，当两片压电陶瓷片在同时工作时，较现有的单定转子超声电机，本申请旋转型行波超声电机的转矩更大、最大输出转速更高、低温启动性更优。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的结构示意图；

图2是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的爆炸示意图；

图3是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的定子弹性体结构示意图；

图4是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的柔性导电膜结构示意图，其中，4a为柔性导电膜的正面，4b为柔性导电膜的反面；

图5是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的PCB出线板结构示意图，其中，5a为PCB出线板的正面，5b为PCB出线板的反面；

图6是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的两片压电陶瓷片互相对齐分区前提下多种极化方式，其中6a、6b为极化方向相同的结构示意图，6c、6d为极化方向相反的结构示意图；

图7是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的上压电陶瓷片分为三段结构的示意图；

图8是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的两片压电陶瓷片在对齐分区前提下，极化方向以及激励方式的多种方式，其中8a、8b为两片压电陶瓷片在对齐分区极化方向相同时，采用两组激励信号激励两片压电陶瓷片共同工作的激励方式示意图；8c、8d是两片压电陶瓷片在对齐分区极化方向相反时，采用两组激励信号激励两片压电陶瓷片同时工作的激励方式示意图；8e、8f是两片压电陶瓷片在对齐分区极化方向相反时，采用一组激励信号同时激励两片压电陶瓷片工作的激励方式示意图；

图9是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的在定子弹性体齿状结构内径小于上环形平面外径，且定子弹性体齿槽贯穿到下环形平面时的实施例的结构示意图；

图10是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机在定子弹性体齿状结构内径大于等于上环形平面外径，且定子弹性体齿槽不贯穿时的实施例的结构示意图；

图11是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的在定子弹性体齿状结构内径大于等于上环形平面外径，且定子弹性体齿槽贯穿到下环形平面时的实施例的结构示意图；

图12是本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的定子弹性体采用分体结构的实施例结构示意图。

图中：1为定子座，2为电插件，3为定子弹性体组件，3a1为上PCB出线板，3a13为PCB出线板地线，3a14为PCB出线板A相，3a15为PCB出线板“孤极”，3a16为PCB出线板B相，3a2为下PCB出线板,3b1为上柔性导电膜,3b11为柔性导电膜内环，3b12为柔性导电膜外环，3b13为柔性导电膜地线，3b14为柔性导电膜A相，3b15为柔性导电膜“孤极”，3b16为柔性导电膜B相，3b2为下柔性导电膜,3c1为上压电陶瓷片,3c11为第一上压电陶瓷片拆分件(上压电陶瓷片A相的上半段)，3c12为第二上柔性导电膜拆分件(上压电陶瓷片B相的上半段)，3c12为第三上柔性导电膜拆分件(上压电陶瓷片A、B相的下半段)，3c2为下压电陶瓷片，3d为定子弹性体，3d01为定子弹性体内环，3d02为定子弹性体外环，3d03为上环形平面，3d04为下环形平面，3d05为齿状结构，3d06为出线槽，3d07为用于固定PCB出线板的螺孔，4为转子螺钉绝缘套，5为外壳，6为第一轴承，7为第二轴承，8为平键，9为转子组件，9a为输出轴，9b为转子绝缘垫片，9c为预压力调整垫片，9d为减震橡胶，9e为转子，9f为摩擦材料，9g为定子弹性体螺钉绝缘套，3d₀₈为定子弹性体齿圈，3d₀₉为定子弹性体基体。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

因其具有自锁的特性，在航空航天、核电等领域，当超声电机发生故障时，无法第一时间更换电机，将带来重大的损失，因此需要可以实现备份功能的超声电机，而市面上，目前还没有一款具备备份功能的超声电机。

为了解决上述问题，本申请提供一种具有备份功能的旋转型行波超声电机，包括定子座1、外壳5、定子弹性体组件3和转子组件9，定子弹性体组件3固定安装在定子座1上，定子弹性体固定在定子座1上使用的螺钉需套设定子弹性体螺钉绝缘套9g，且定子弹性体组件3和定子座1之间设置绝缘垫片，转子组件9压设在定子弹性体组件3上方，外壳5压设在转子组件9上，定子座1的底部侧壁上设置电插件2；转子组件9包括输出轴9a、转子绝缘垫片9b、预压力调整垫片9c、减震橡胶9e、转子9e以及摩擦材料9f，输出轴9a底端通过第一轴承6嵌设在定子座1上，其顶端贯穿外壳5，且输出轴9a与外壳5接触处设置第二轴承7，在输出轴9a靠近顶端侧壁上布设平键8，转子固定安装在输出轴9a轴肩上，且固定转子用的螺钉用转子螺钉绝缘套4隔离，在转子与输出轴9a轴肩之间顺次布设转子绝缘垫片9b、预压力调整垫片9c，更换调整垫片就可以改变超声电机定子弹性体组件3和转子组件9之间的预压力大小，减震橡胶9e设置在转子表面，转子的圆周与定子弹性体圆周接触处设置摩擦材料9f；图1所示，在定子弹性体3d的表面、底面分别设置压电陶瓷片；

正常工况下，其中一片压电陶瓷片处于工作状态，另一片压电陶瓷片处于待机状态；

故障情况下，当检测到运作中的压电陶瓷片出现异常时，处于待机状态的压电陶瓷片启动；通过两片压电陶瓷片的设置，实现了电机的备份功能。

图2所示，是本申请提供的定子弹性体组件3的具体结构示意图，在定子弹性体表面设置的压电陶瓷片定义为上压电陶瓷片3c1，定子弹性体底面设置的压电陶瓷片定义为下压电陶瓷片3c2；

定子弹性体组件3还包括上PCB出线板3a1、上柔性导电膜3b1、下柔性导电膜3b2以及下PCB出线板3a2，且定子弹性体组件3由上至下以上PCB出线板3a1、上柔性导电膜3b1、上压电陶瓷片3c1、定子弹性体、下压电陶瓷片3c2、下柔性导电膜3b2以及下PCB出线板3a2的顺序顺次叠加设置；上压电陶瓷片3c1的两相和孤极、定子弹性体的地线通过上PCB出线板3a1焊线引出，下压电陶瓷片3c2的两相和孤极、定子弹性体的地线通过下PCB出线板3a2焊线引出。

定子弹性体的表面、底面分别开设用于粘贴压电陶瓷片的环形平面，图3中以表面作为阐述，从图中可以看出，其表面分成定子弹性体内环3d01和定子弹性体外环3d02，在定子弹性体内环3d01上开设出线槽3d06和用于固定PCB出线板的螺孔3d07；图3中，用于粘贴压电陶瓷片的环形平面即为定子弹性体外环3d02，定子弹性体外环3d02的上表面、下表面即为在定子弹性体表面、底面分别粘贴压电陶瓷片的位置，这里为了区分定义为上环形平面3d03、下环形平面3d04，上环形平面3d03的外径略微小于下环形平面3d04的外径，上环形平面3d03的内径可以与下环形平面3d04的内径相等，也可以不相等。

定子弹性体组件3中的上柔性导电膜3b1、下柔性导电膜3b2结构一致，这里笼统的概括为柔性导电膜做陈述，图4所示，4a为柔性导电膜的正面，4b为柔性导电膜的反面，从柔性导电膜的正面可以看出，其包括柔性导电膜内环3b11和柔性导电膜外环3b12，柔性导电膜外环3b12是粘贴在相邻的压电陶瓷片上，柔性导电膜内环3b11粘贴在定子弹性体内环3d01上；柔性导电膜上设有柔性导电膜地线3b13、柔性导电膜A相3b14、柔性导电膜B相3b16以及柔性导电膜“孤极”3b15，在柔性导电膜内环3b11上还设置金属导电层，柔性导电膜内环3b11除了起到导通定子起地线的作用外，还可以隔离定子弹性体与定子座1，起到绝缘垫片的作用。

本申请提供的上PCB出线板3a1与下PCB出线板3a2的结构一致，因此这里同样的概括为PCB出线板进行陈述，图5所示，5a为PCB出线板的正面，5b为PCB出线板的反面，在PCB出线板的表面和底面均有金属层出线引脚，且对应的金属层出线引脚互相导通，PCB出线板上其中一个平面上的金属层出线引脚PCB出线板A相3a14、PCB出线板地线3a13、PCB出线板“孤极”3a15、PCB出线板B相3a16一一对应压在柔性导电膜上的金属层出线引脚柔性导电膜A相3b143b14、柔性导电膜地线3b133b13、柔性导电膜“孤极”3b153b15、柔性导电膜B相3b163b16上，并用螺钉将PCB出线板固定安装在定子弹性体上，然后从PCB出线板上另一个平面上的金属层引脚焊线引出。

在定子弹性体的表面、底面分别开设用于粘贴压电陶瓷片的环形平面，环形平面内分别粘贴压电陶瓷片，上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2是同心设置的，在实施例中，约束两片压电陶瓷片的分区互相对齐，有了这个前提后，根据上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2的极化方向是否一致可以分为两种情况，第一种，图6a所示，上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2互相对齐分区，同时极化方向相同；第二种，图6b所示，上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2互相对齐分区，同时极化方向相反；

本发明提供的旋转型行波超声电机，若仅仅是只使用其备份功能，即不同时激励上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2一起工作，则定子弹性体外环3d02的环形平面上粘贴的圆环形压电陶瓷片的分区可以不用互相对齐。

定子弹性体中，沿着上环形平面3d03的圆周设置有若干齿状结构3d05，图3、图9、图10和图11给出了齿状结构3d05的四种实施例，图3中，齿状结构3d05的内径小于定子弹性体表面的环形平面的外径，且齿状结构3d05的齿底与定子弹性体底面的环形平面之间有距离；图9中，齿状结构3d05的内径小于定子弹性体表面的环形平面的外径，且齿状结构3d05贯穿环形圆周壁，；图10中，齿状结构3d05的内径大于等于定子弹性体表面的环形平面的外径，且齿状结构3d05的齿底与定子弹性体底面的环形平面之间有距离；图11中，齿状结构3d05的内径大于等于定子弹性体表面的环形平面的外径,且齿状结构3d05贯穿环形圆周壁；

当齿状结构3d05为图3和图9所示的情况时，考虑到定子弹性体上环形平面3d03粘贴压电陶瓷片的外径大于齿状结构3d05的内径d_3内，小于或者等于上环形平面3d03外径d_1外，为了能把压电陶瓷片放进去粘贴在定子弹性体表面的环形平面上，上压电陶瓷片3c1必须采用多段式结构，该圆环压电陶瓷片由若干段圆弧状压电陶瓷片拼接而成，在本申请提供的优选实施例中，图2可以看出，选用的是三段式结构，将上压电陶瓷片3c1拆分为三段，分别为第一上压电陶瓷片3c1拆分件、第二上压电陶瓷片3c1拆分件以及第三上压电陶瓷片3c1拆分件；上述阐明的是上压电陶瓷片3c1的结构，下压电陶瓷片3c2可以选用完整的圆环结构，也可以选用多段式结构；

当齿状结构3d05为图10和图11所示的情况时，定子弹性体齿状结构3d05的内径d_3内大于等于上环形平面3d03外径d_1外，此时上压电陶瓷片3c1不需要采用拼接方式，可直接采用完整的圆环结构。

图7所示，以激发定子弹性体第9阶振动模态(B09)为例，上压电陶瓷片3c1被分成三段圆弧状结构，三段进行拼接形成，分别为上压电陶瓷片A相的上半段3c11，上压电陶瓷片B相的上半段3c12，上压电陶瓷片A、B相的下半段3c13，需要注意的是，压电陶瓷片的拆分尽量选择从压电陶瓷片正负分区之间进行，而不是按等分进行，这样可以更好的保证压电陶瓷片分区的完整性。

在本申请中，单独对其中任何一片压电陶瓷片施加激励信号，都可以激发定子弹性体的振动，产生具有驱动作用的行波，驱动转子组件9旋转运动输出力矩和转速；当同时对两片压电陶瓷片同时施加激励信号时，两片压电陶瓷片激发出来的行波重合(平行)，即波峰与波峰、波谷与波谷重叠，针对第二种情况，激励方式有两种，为了方便区分和说明，不妨定义压电陶瓷片正面的左半部分为A相，右半部分为B相。则在定子弹性体组件3中，上片压电陶瓷片的A相对齐下片压电陶瓷片的B相，上片压电陶瓷片的B相对齐下片压电陶瓷片的A相；

当上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2互相对齐分区，且极化方向相同时，如图6中6a、6b所示，可以在上压电陶瓷片3c1的A相输入

电信号，上压电陶瓷片3c1的B相输入

电信号，下压电陶瓷片3c2的A相输入

电信号，下压电陶瓷片3c2的B相输入

电信号，则可同时激励上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2，共同激发定子弹性体驱动转子组件输出转速和转矩；上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2输入激励信号分别如图8中8a和8b所示；需再次强调的是，这两组激励信号互相独立，且同频同相，但可以不同幅值

当上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2互相对齐分区，且极化方向相反，如图6中6c、6d所示，则可以在上压电陶瓷片3c1的A相输入

电信号，上压电陶瓷片3c1的B相输入

电信号，下压电陶瓷片3c2的A相输入

电信号，下压电陶瓷片3c2的B相输入

电信号，上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2输入激励信号分别如图8中8c和8d所示。

当上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2互相对齐分区，且极化方向相反，采用相同幅值的激励信号时，即A＝B时，可以将两组激励信号合并成一组激励信号，即上压电陶瓷片3c1的A相和下压电陶瓷片3c2的B相输入

电信号，上压电陶瓷片3c1的B相和下压电陶瓷片3c2的A相输入

电信号，如图8中8e和8f所示，则可实现一组激励信号同时激励上压电陶瓷片3c1、下压电陶瓷片3c2，共同激发定子弹性体驱动转子组件输出转速和转矩。

本发明提供的旋转型行波超声电机，为了获得更多的能量，可以适当的增大粘贴在定子弹性体外环的下环形平面上的圆环形压电陶瓷片的面积，即增大其外径，使之与定子弹性体的外径一致。

还需要说明的是，本发明提供的一种具有备份功能的旋转型行波超声电机并非只有示意图中所示的采用B09模态的超声电机，它适用于所有的旋转型行波超声电机，圆环形压电陶瓷片根据定子弹性体实际使用的振动模态进行分区设计。

在本发明中，为了获得定子弹性体组件3更加理想的振动模态或驱动性能，在必要的情况下可以将定子弹性体的齿状结构处的齿槽延伸到定子弹性体的下环形平面，可有效的改变定子弹性体组件3的振动频率、振动中性层位置，定子弹性体结构如图9所示。

在本发明中，如图11所示，定子弹性体还可以采取分体的结构，分别加工定子弹性体的齿圈3d₀₈和定子弹性体基体3d₀₉，然后通过过盈的配合方式(或从侧面用螺钉固定的方式)将定子弹性体的齿圈3d₀₈与定子弹性体基体3d₀₉组合成完整的定子弹性体。

驱动上述具有备份功能的旋转型行波超声电机的控制方法，具体如下：

在正常工况下，对旋转型行波超声电机的其中一片压电陶瓷片施加激励信号，激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动输出转矩和转速，另外一片压电陶瓷片处于待机状态；当处于工况下的压电陶瓷片出现碎裂、击穿或者异常断电情况时，自动或者人为控制切换到处于待机状态的压电陶瓷片激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动继续输出转矩和转速，此种设置达到了备份功能；当处于工况下的压电陶瓷片无法正常启动或输出转矩不足的异常情况时，自动或者人为控制切换到两片压电陶瓷片同时激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动继续输出力矩和转速。

当上压电陶瓷片、下压电陶瓷片同时工作时，即同时激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动输出转矩和转速时，旋转型行波超声电机输出的转矩更大，最大输出转速更高，电机在低温状态下的启动性更好。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种具有备份功能的旋转型行波超声电机，包括定子座、外壳、定子弹性体组件和转子组件，定子弹性体组件固定安装在定子座上，转子组件压设在定子弹性体组件上方，外壳压设在转子组件上；其特征在于：

定子弹性体组件包括定子弹性体，在定子弹性体的表面、底面分别设置压电陶瓷片，

正常工况下，其中一片压电陶瓷片处于工作状态，另一片压电陶瓷片处于待机状态；

故障情况下，当检测到运作中的压电陶瓷片出现异常时，处于待机状态的压电陶瓷片启动。

2.根据权利要求1所述的具有备份功能的旋转型行波超声电机，其特征在于：在定子弹性体表面设置的压电陶瓷片为上压电陶瓷片，定子弹性体底面设置的压电陶瓷片为下压电陶瓷片；

定子组件还包括上PCB出线板、上柔性导电膜、下柔性导电膜以及下PCB出线板，且定子组件由上至下以上PCB出线板、上柔性导电膜、上压电陶瓷片、定子弹性体、下压电陶瓷片、下柔性导电膜以及下PCB出线板的顺序顺次叠加设置；

上压电陶瓷片的两相、孤极与定子弹性体组件的地线通过上PCB出线板焊线引出；

下压电陶瓷片的两相、孤极与定子弹性体组件的地线通过下PCB出线板焊线引出。

3.根据权利要求2所述的具有备份功能的旋转型行波超声电机，其特征在于：前述的上压电陶瓷片、下压电陶瓷片均选用圆环形压电陶瓷片；在定子弹性体的表面、底面分别开设用于粘贴压电陶瓷片的环形平面，且位于定子弹性体表面的环形平面外径小于位于定子弹性体底面的环形平面的外径；

沿着定子弹性体表面的环形平面的环形圆周设置若干齿状结构。

4.根据权利要求3所述的具有备份功能的旋转型行波超声电机，其特征在于：沿着定子弹性体表面的环形平面的环形圆周设置若干齿状结构，齿状结构的内径小于定子弹性体表面的环形平面的外径；

齿状结构的齿底与定子弹性体底面的环形平面之间有距离或者齿状结构贯穿环形圆周壁。

5.根据权利要求4所述的具有备份功能的旋转型行波超声电机，其特征在于：上压电陶瓷片为多段式结构，前述的多段式结构为圆环分割形成若干段圆弧状结构；

下压电陶瓷片为圆环结构或者多段式结构。

6.根据权利要求3所述的具有备份功能的旋转型行波超声电机，其特征在于：沿着定子弹性体表面的环形平面的环形圆周设置若干齿状结构，齿状结构的内径大于或者等于定子弹性体表面的环形平面的外径；

齿状结构的齿底与定子弹性体底面的环形平面之间有距离或者齿状结构贯穿环形圆周壁。

7.根据权利要求6所述的具有备份功能的旋转型行波超声电机，其特征在于：上压电陶瓷片或下压电陶瓷片为圆环结构或者多段式结构；

前述的多段式结构为圆环分割形成若干段圆弧状结构。

8.根据权利要求1所述的具有备份功能的旋转型行波超声电机，其特征在于：单独对其中任何一片压电陶瓷片或者同时对两片压电陶瓷片施加激励信号，均可以激发定子弹性体的振动，产生具有驱动作用的行波，驱动转子组件旋转运动输出力矩和转速。

9.一种具有备份功能的旋转型行波超声电机的驱动控制方法，其特征在于：

在正常工况下，对旋转型行波超声电机的其中一片压电陶瓷片施加激励信号，激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动输出力矩和转速，另外一片压电陶瓷片处于待机状态；

当处于工况下的压电陶瓷片出现碎裂、击穿或者异常断电情况时，自动或者人为控制切换到处于待机状态的压电陶瓷片激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动继续输出力矩和转速；

当处于工况下的压电陶瓷片无法正常启动或输出转矩不足的异常情况时，自动或者人为控制切换到两片压电陶瓷片同时激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动继续输出力矩和转速。

10.根据权利要求9的具有备份功能的旋转型行波超声电机的驱动控制方法，其特征在于：

在处于工况下的压电陶瓷片出现无法正常启动或输出转矩不足的异常情况时，选择对两片压电陶瓷片同时激发定子弹性体驱动转子组件旋转运动继续输出力矩和转速，两片压电陶瓷片激发出来的行波重合，即波峰与波峰、波谷与波谷重叠；

其中，对两片压电陶瓷片进行激励的方式包括，两组独立的同频、同相，但是幅值可以不同的激励信号同时激励两片压电陶瓷片；或者一组激励信号同时激励两片压电陶瓷片。

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