基于径弯复合型片状超声电机的四轴微型飞行器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于径弯复合型片状超声电机的四轴微型飞行器，该飞行器的旋翼上分别安装了一种特殊结构的超声电机，当四轴微型飞行器在工作状态时，通过改变A、B、C、D四台超声电机所加电压的大小，进而改变转轴的转速即可实现该飞行器的升降、俯仰、翻滚、偏航等功能。

Four axis micro air vehicle based on radial bending composite slice ultrasonic motor

The invention discloses a four-axis micro air vehicle based on a radial bending composite slice ultrasonic motor. A special structure ultrasonic motor is respectively installed on the rotor of the air vehicle. When the four-axis micro air vehicle is in working state, by changing the voltage applied by four ultrasonic motors a, B, C and D, and then changing the rotational speed of the shaft, the air vehicle can be lifted, lowered, pitching Roll, yaw and other functions.

【技术实现步骤摘要】
基于径弯复合型片状超声电机的四轴微型飞行器
本专利技术涉及超声电机技术和微型飞行器领域，尤其涉及一种径弯复合型片状超声电机。
技术介绍
传统的微型四旋翼微型飞行器大都采用电磁电机，难以适应复杂的电磁环境，而且在工作时也带有一定的噪声。本专利技术利用径弯复合型片状超声电机作为该四轴微型飞行器的主体部分，结构简单紧凑，而且由于超声电机的工作原理则是利用定子在超声频段内的振动，所以该微型飞行器不惧怕电磁干扰，而且由于工作在超声频段噪音也有所减弱。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于径弯复合型片状超声电机的四轴微型飞行器，该飞行器能够实现在任意方向上的自由飞行，结构简单紧凑，不受电磁干扰。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：本专利技术的实施例提供了一种基于径弯复合型片状超声电机的四轴微型飞行器，其中超声电机部分包括：定子1、压电陶瓷2、转子3、内旋转轴4、轴承5、外旋转轴6、弹簧7、大固定8、小固定9；其中所述定子1在外，转子3的上、下两部分在内，定子1中设有孔，所述内旋转轴4贯穿所述孔，在所述定子1的一侧，所述转子3的上半部分、弹簧7、大固定8、外旋转轴6、轴承5自下而上依次套装在内旋转轴4上，其中所述轴承5安装在外旋转轴6的内部。在所述定子1的另一侧，转子3的下半部分、弹簧7和小固定9自上而下套装在所述内旋转轴4上，通过调节大固定8和小固定9在内旋转轴4上的位移来调节弹簧的预压力，进而可以控制转子3上、下部分与定子1之间的压力大小。连接部分包括：环形基座11和十字梁12，所述基座11用于固定超声电机,所述十字梁12用于连接四个环形基座，形成一个整体。作为一种实施方式，外旋转轴6通过大固定8以及弹簧7与转子3的上半部分相连接，当转子3的上半部分转动时会通过弹簧7带动大固定8旋转，进而带动外旋转轴6旋转；内旋转轴4则通过弹簧7以及小固定9与转子3的下半部分相连接，转动原理与前者类似。内、外旋转轴通过轴承5实现完全独立的旋转，互不干扰，同时轴承5也可以保持在内、外旋转轴竖直方向上的稳定性。作为一种实施方式，定子1是内部含有空心凸圆柱并通过梁式波导结构与其内径相连接的圆环形金属片，所述定子1的上表面和下表面均有凸出的空心圆柱与转子3的上、下部分相接触，两者之间的预压力则通过弹簧7进行调节。作为一种实施方式，所述定子1内部梁式波导结构中梁的数量根据需要设计，梁的形状可以采用直梁或变截面梁，所述定子1内部梁式波导结构中的梁绕定子中心旋转对称。作为一种实施方式，该微型飞行器所用的径弯复合型片状超声电机仅仅使用单片压电陶瓷2贴于定子1的上或下表面，压电陶瓷2的内径与定子1的内径相同，极化方向沿厚度方向，对压电陶瓷2施加任意正弦或余弦电信号，激励出定子1的一阶径向振动和面外三阶弯振。使用单片压电陶瓷有利于减轻电机的重量以及减少电机的发热量，延长电机的使用寿命。作为一种实施方式，内、外转轴所用旋翼10分别采用正桨和反桨，具体尺寸和材料根据实际情况而定，原则上在保证强度和刚度的前提下越轻越好。作为一种实施方式，转子3的上、下部分是对称的半球形或锥形。作为一种实施方式，该微型飞行器所用径弯复合型片状超声电机在工作状态时，此时压电陶瓷2沿厚度方向上极化，通过电极给压电陶瓷2施加余弦Acos(wt+θ)或正弦Asin(wt+θ)电信号，激励定子1产生一阶径向振动和面外三阶弯振,即可实现上下转子相反方向旋转，进而带动内、外转轴相反方向旋转。作为一种实施方式，四轴微型飞行器采用四个完全相同的径弯复合型片状超声电机分别固定在环形基座11上，环形基座11之间则通过中间的十字梁12相连接。十字梁提供的空间可以用于布置导线以及安放电源和控制系统。十字梁的具体形状并不要求严格垂直，也可以为X形状。作为一种实施方式，当四轴微型飞行器在工作状态时，为了便于调节整个飞行器的扭矩平衡，A、C电机的对应旋翼旋转方向相同，B、D电机的对应旋翼的旋转方向相同，但A、C与B、D电机对应的旋翼旋转方向相反。作为一种实施方式，当四轴微型飞行器在工作状态时，通过改变A、B、C、D电机所加电压的大小，进而改变转轴的转速即可实现该飞行器的升降、俯仰、偏航等功能。譬如当同时升高A、B、C、D电机所加电压可以实现上升功能；当升高B电机电压，降低D电机电压，但要保证两者的改变量相同，同时A、C电机所加电压保持不变可以实现俯仰功能；当升高A电机电压，降低C电机电压，但要保证两者的改变量相同，同时B、D电机所加电压保持不变可以实现翻滚功能；当降低A、C电机所加电压，升高B、D电机所加电压即可利用反扭矩(即扭矩不平衡)实现偏航功能。本专利技术的实施例提供的基于径弯复合型片状超声电机的四轴微型飞行器，在输出扭矩端与输出转速端均有较好的表现，而且体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、低噪声、不受电磁干扰。可应用于复杂电磁环境内。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种径弯复合型片状超声电机结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种径弯复合型片状超声电机定子结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的另一种径弯复合型片状超声电机定子结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的径弯复合型片状超声电机运转示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种径弯复合型片状超声电机定子的一阶径向振动模态示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种径弯复合型片状超声电机定子的面外三阶弯振模态示意图；图7为本专利技术实施例提供的四轴微型飞行器局部示意图；图8为本专利技术实施例提供的四轴微型飞行器整体结构示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
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)具有与本专利技术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。实施例1本实施例公开了一种应用于四轴微型飞行器的径弯复合型片状超声电机，如图1所示，该超声电机包括定子1、压电陶瓷2、转子3、内旋转轴4、轴承5、外旋转轴6、弹簧7、大固定轴套8、小固定轴套9；其中，所述定子1在外，转子3在内，所述转子3分的上、下两部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.应用于四轴微型飞行器的径弯复合型片状超声电机，其特征在于：包括定子(1)、压电陶瓷(2)、转子(3)、内旋转轴(4)、轴承(5)、外旋转轴(6)、弹簧(7)、大固定轴套(8)、小固定轴套(9)；其中，/n所述定子(1)在外，转子(3)在内，所述转子(3)分上、下两部分分别位于定子的上、下两侧；所述定子(1)中设有孔，内旋转轴(4)贯穿所述孔，在所述定子(1)的一侧，所述转子(3)的上半部分、弹簧(7)、大固定轴套(8)、外旋转轴(6)、轴承(5)自下而上依次套装在内旋转轴(4)上，其中所述轴承(5)安装在外旋转轴(6)的内部，所述外旋转轴(6)通过轴承(5)与内旋转轴(4)接触，不跟随内旋转轴(6)一起转动；/n在所述定子(1)的另一侧，转子(3)的下半部分、弹簧(7)和小固定轴套(9)自上而下套装在所述内旋转轴(4)上，通过调节大固定轴套(8)和小固定轴套(9)在内旋转轴(4)上的位移来调节弹簧的预压力，进而控制转子(3)上、下部分与定子(1)之间的压力大小。/n

【技术特征摘要】
1.应用于四轴微型飞行器的径弯复合型片状超声电机，其特征在于：包括定子(1)、压电陶瓷(2)、转子(3)、内旋转轴(4)、轴承(5)、外旋转轴(6)、弹簧(7)、大固定轴套(8)、小固定轴套(9)；其中，
所述定子(1)在外，转子(3)在内，所述转子(3)分上、下两部分分别位于定子的上、下两侧；所述定子(1)中设有孔，内旋转轴(4)贯穿所述孔，在所述定子(1)的一侧，所述转子(3)的上半部分、弹簧(7)、大固定轴套(8)、外旋转轴(6)、轴承(5)自下而上依次套装在内旋转轴(4)上，其中所述轴承(5)安装在外旋转轴(6)的内部，所述外旋转轴(6)通过轴承(5)与内旋转轴(4)接触，不跟随内旋转轴(6)一起转动；
在所述定子(1)的另一侧，转子(3)的下半部分、弹簧(7)和小固定轴套(9)自上而下套装在所述内旋转轴(4)上，通过调节大固定轴套(8)和小固定轴套(9)在内旋转轴(4)上的位移来调节弹簧的预压力，进而控制转子(3)上、下部分与定子(1)之间的压力大小。


2.根据权利1所述的应用于四轴微型飞行器的径弯复合型片状超声电机，其特征在于：所述弹簧(7)分上下两部分，上部分弹簧一端接触到转子上半部分的顶面，另一端接触所述大固定轴套(8)的底面，所述大固定轴套(8)的顶面连接外旋转轴(6)，当转子(3)的上半部分转动时，通过弹簧带动大固定轴套(8)旋转，进而带动外旋转轴(6)旋转；
下部分弹簧一端接触到转子下半部分的底面，另一端接触所述小固定轴套(9)的顶面，所述内旋转轴(4)通过下部分弹簧以及小固定轴套(9)与转子(3)的下半部分相连接，当转子(3)的下半部分转动时，通过弹簧带动小固定轴套(9)旋转；
内、外旋转轴通过轴承(5)实现完全独立的旋转，互不干扰，同时轴承(5)保持在内、外旋转轴竖直方向上的稳定性。


3.根据权利要求1所述的应用于四轴微型飞行器的径弯复合型片状超声电机，其特征在于：所述定子(1)内部含有空心凸圆柱，定子(1)内部设有梁式波导结构以及与其内径相连接的圆环形金属片；所述定子(1)的上表面和下表面均有凸出的空心圆柱与转子(3)上下部的下、上部分相接触，两者之间的预压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨颖，皮奥特沃尔·瓦斯而耶夫，于文祥，谢尔盖·鲍罗廷，王一平，达柳斯·马泽卡，邱建敏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32