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制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Piezoelectric Joint Spherical Motor for Vibration Suppression and Shaping Control of Space Truss

The invention discloses a piezoelectric joint spherical motor for vibration suppression and shape preservation control of space truss. Three traveling wave stator components, rotor components and self-locking components are installed on the truss components. Three traveling wave stator components, rotor components and self-locking components constitute the main part of the spherical motor. The truss components are the control object of vibration suppression. The truss components include the first truss and the second truss, and each traveling wave stator component includes piezoelectric oscillator, spiral plate spring and star bracket. Subcomponents include connecting screw and spherical rotor; self-locking components include supporting bearing, bearing sleeve, lead screw, tapered spline groove, tapered spline slider, reset spring and self-locking motor; spherical rotor can rotate around its multi-degree of freedom under the friction of three piezoelectric traveling wave oscillators. The piezoelectric spherical motor of the invention has the advantages of high power density, large self-locking moment and no interference from space electromagnetic environment.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术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。本专利技术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。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术的电机具有通电转动与断电自锁两种状态。2、本专利技术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、本专利技术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、本专利技术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，本专利技术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是本专利技术的剖视图。图2是本专利技术的球电机本体三维图。图3是本专利技术的三维图。图中：a、行波定子部件，b、转子部件，c、自锁部件部件，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专利技术作进一步说明。如图2所示，本专利技术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7位于球形转子14的空腔内，自锁电机7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。本专利技术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7运行带动锥形花键滑块11沿球形转子1本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。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(7)位于球形转子(14)的空腔内，自...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭吉丰，王班，王剑，朱东方，黄庭轩，刘付成，傅平，周卫华，
申请(专利权)人：浙江大学，上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33