[发明专利]三自由度旋转惯性压电电机

权利要求书

1.一种三自由度旋转惯性压电电机，其特征在于：其包括上定子、上预紧垫片、主体圆筒、下预紧垫片、下定子、球形转子以及预紧螺栓，所述上定子、上预紧垫片、主体圆筒、下预紧垫片以及下定子从上往下依次设置并借助于预紧螺栓进行连接，所述球形转子设置在所述主体圆筒内部，

所述上定子和下定子均包括多个驱动足、金属基板、板簧以及压电陶瓷片，所述多个驱动足沿金属基板靠近转子的侧面圆周呈一定角度均匀对称分布并与金属基板一体成型，所述压电陶瓷片在所述金属基板的上侧和下侧成对设置，且成对的压电陶瓷片均匀的对称分布于金属基板的圆周上，每一对压电陶瓷片与相对应的激励电源连接；

所述金属基板包括板簧、内环和外环，所述板簧分别连接内环和外环；所述板簧均匀的分布于内环和外环之间；

所述上预紧垫片和下预紧垫片通过预紧螺栓的扭转使得定子与转子之间形成一定的预紧力；

所述主体圆筒上设置有螺纹孔和出线孔，所述预紧螺栓用于与主体圆筒的螺纹孔连接且与定子表面接触，并向上定子、转子以及下定子之间施加竖直的预压力；所述转子分别与上定子和下定子的驱动足相切接触，驱动足基于惯性粘滑原理驱动转子旋转；

上定子和下定子的金属基板上驱动足所在平面的压电陶瓷片的变形用于产生电机绕x,y轴的旋转，上定子和下定子的金属基板驱动足所在平面相对面的压电陶瓷片用于产生电机绕z轴的旋转；

当电机需要绕x,y轴旋转时，首先给驱动足所在平面的压电陶瓷片施加激励信号，当激励信号处在0-t₁时刻时，压电陶瓷片缓慢收缩，带动金属基板向转子方向弯曲，从而带动驱动足向转子方法运动，通过摩擦带动转子旋转，当激励信号处于t₁-t₂时刻时，压电陶瓷片快速恢复，此时驱动足和转子具有加速度以及惯性力，惯性力与驱动足和转子之间的摩擦力之和大于压电陶瓷片的恢复力，转子在一个信号周期下会旋转一定的角度，之后通过施加连续的激励信号产生连续的旋转；

当电机需要绕z轴旋转时，首先给驱动足所在平面相对面的压电陶瓷片施加激励信号，0-t₁时刻时压电陶瓷片缓慢变形带动驱动足缓慢周向偏移，通过摩擦带动转子沿z轴旋转，t₁-t₂时刻时，压电陶瓷片快速恢复，此时驱动足和转子具有周向加速度和相反的惯性力，此时驱动足和转子的摩擦力与惯性力之和大于压电陶瓷片的恢复力，转子在一个周期会绕z轴旋转一定的角度，通过施加连续的激励信号会产生连续的旋转。

2.根据权利要求1所述的三自由度旋转惯性压电电机，其特征在于：所述上定子、上预紧垫片、下定子以及下预紧垫片均为圆环状结构，所述上定子与所述下定子的结构相同，所述上预紧垫片和下预紧垫片的结构相同。

3.根据权利要求2所述的三自由度旋转惯性压电电机，其特征在于：所述上定子、上预紧垫片、下定子、下预紧垫片以及主体圆筒的的外径均相等，且所述上定子、上预紧垫片、下定子、下预紧垫和主体圆筒上在相对位置上均设置有同轴心的安装孔，预紧螺栓穿过安装孔将上定子、上预紧垫片、下定子、下预紧垫片以及主体圆筒连接到一起。

4.根据权利要求1所述的三自由度旋转惯性压电电机，其特征在于：所述压电陶瓷片呈圆弧状，圆弧的角度为25-35度。

5.根据权利要求1所述的三自由度旋转惯性压电电机，其特征在于：所述驱动足为半球式结构且均匀分布于内环的圆周上，并与球形转子相切接触。

6.根据权利要求1所述的三自由度旋转惯性压电电机，其特征在于：所述压电陶瓷片为烧结而成的单体结构，所述压电陶瓷片均匀的粘贴于金属基板上。

7.根据权利要求1所述的三自由度旋转惯性压电电机，其特征在于：所述上预紧垫片和下预紧垫片的圆周上均匀分布有4个连接孔。

8.根据权利要求1所述的三自由度旋转惯性压电电机，其特征在于：所述主体圆筒包括8个螺纹孔以及两个出线孔，所述螺纹孔分别位于主体圆筒的上表面和下表面，每四个螺纹孔位于一个平面且均匀的分布于平面的圆周上。