[发明专利]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

说明书

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。

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。