单定子三自由度球形超声电机及其激励方法技术

本发明专利技术公开了一种单定子三自由度球形超声电机及其激励方法，球形超声电机包括机壳、端盖、N个球头柱塞、转子、输出轴、定子和压电驱动模块。定子包含外环、内环、驱动环和M根连接杆，定子通过其外环固定在机壳下端面。转子为球形，其下表面与定子的驱动环相抵，上表面和N个固定在端盖下端面的球头柱塞相抵。压电驱动模块驱动定子振动进而使得转子转动。本发明专利技术转子能够实现多自由度旋转运动，具有结构简单紧凑、不受电磁干扰、断电自锁、响应快，调节预压力灵活、控制定位精度高、易实现微型化、应用领域广和能量密度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
单定子三自由度球形超声电机及其激励方法
本专利技术涉及超声电机
，尤其涉及一种单定子三自由度球形超声电机及其激励方法。
技术介绍
超声电机是利用压电材料研发的一类电机，它利用压电材料的逆压电效应进行的能量转换（将电能转化为机械能），在压电陶瓷激励下定子产生有利于驱动转子的运动轨迹，最后通过定转子之间的界面摩擦作用进行有效的运动传递，从而获得功率输出。与目前应用最广泛的电磁电机相比，超声电机具有结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、断电自锁、响应快、精度高、体积小等优点，非常适合应用于微小型、高集成的机电系统当中。多自由度超声电机作为超声电机的一个重要分支，随着科技的发展，机电系统日益趋于复杂，一些精密装置对运动的要求越来越高，单自由度已经无法满足其设计要求。若每个自由度的运动都由一台单自由度电机来完成，这必然导致电机整体结构复杂、体积庞大、动态性能差。多自由度超声电机在满足多自由度应用设计要求的同时，仍然保留了单自由度超声电机的优点和特性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中现有技术存在的整体结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单定子三自由度球形超声电机，其特征在于，包含机壳、端盖、N个球头柱塞、转子、输出轴、定子和压电驱动模块，N为大于等于3的自然数；/n所述机壳为上端开口的空心圆柱体，其侧壁上端的内壁上设有螺纹；/n所述转子呈球形，输出轴一端和转子的外壁固连且指向转子的球心；/n所述定子包含外环、内环、驱动环和M根连接杆，M为大于等于3的自然数，其中，所述外环套在内环外，和内环同轴设置；所述M根连接杆周向均匀设置在内环、外环之间，均一端和内环的外壁固连，另一端和外环的内壁固连；所述驱动环的外壁和内环的内壁同轴固连；所述定子关于其中性面对称，且外环、驱动环、内环的高度依次减小；/n所述定子设置在机壳内，外环的下...

【技术特征摘要】
1.单定子三自由度球形超声电机，其特征在于，包含机壳、端盖、N个球头柱塞、转子、输出轴、定子和压电驱动模块，N为大于等于3的自然数；
所述机壳为上端开口的空心圆柱体，其侧壁上端的内壁上设有螺纹；
所述转子呈球形，输出轴一端和转子的外壁固连且指向转子的球心；
所述定子包含外环、内环、驱动环和M根连接杆，M为大于等于3的自然数，其中，所述外环套在内环外，和内环同轴设置；所述M根连接杆周向均匀设置在内环、外环之间，均一端和内环的外壁固连，另一端和外环的内壁固连；所述驱动环的外壁和内环的内壁同轴固连；所述定子关于其中性面对称，且外环、驱动环、内环的高度依次减小；
所述定子设置在机壳内，外环的下端面和机壳的下端面固连；
所述转子设置在机壳内，其下表面和所述驱动环的上端相抵，输出轴朝上伸出机壳外，且转子和外环不接触；
所述端盖呈圆盘状，其中心设有通孔，下端面周向均匀设有N个螺纹孔，外壁上设有和所述机壳上螺纹相匹配的螺纹；所述N个球头柱塞和端盖的N个螺纹孔一一对应螺纹相连；所述端盖中心的通孔套在输出轴外，端盖外壁和机壳螺纹连接，使得N个球头柱塞的球头均和转子的上表面相抵，且N个球头柱塞的轴线均指向转子的球心；
所述压电驱动模块包含第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；
所述第一、第二压电陶瓷片均为四分区环形压电陶瓷片，包含首尾依次相连的第一至第四陶瓷分区；所述第一至第四陶瓷分区结构相同，上下表面均设有镀银层，均呈扇形且均沿厚度方向极化；
所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片分别设置在所述内环的上端面、下端面，且第二压电陶瓷片的第一至第四陶瓷分区一一对应设置在第一压电陶瓷片第一至第四陶瓷分区下；
所述第一压电陶瓷片中第一至第四压电陶瓷分区的极化方向相同，第二压电陶瓷片中第一至第四压电陶瓷分区的极化方向相同，第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片的第一压电陶瓷分区的极化方向相反。


2.根据权利要求1所述的单定子三自由度球形超声电机，其特征在于，所述连接杆的从两端到中点逐渐变细。


3.根据权利要求1所述的单定子三自由度球形超声电机，其特征在于，所述N取4，M取4。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨颖，潘志泳，邱建敏，吴维，
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