[发明专利]一种笼型动转子一体化压电作动器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种笼型动转子一体化压电作动器及其控制方法，作动器包括环形压电振子、固定保持架和圆弧滑轨三部分。在环形压电振子外侧面有两个沿直径方向对称的驱动脚，在垂直方向有两个旋转轴。多个压电陶瓷对称地附着在圆环两侧的凹槽上。本发明的工作原理是利用压电振子产生两种不同的振动，耦合之后在驱动脚处输出椭圆运动，通过摩擦力的反作用力驱动其旋转。本发明创新性地设计了一种定子‑转子一体化压电旋转作动器。其压电振子不仅是驱动动力源，并且是运动机构，使结构和功能一体化，不需要额外的的转子和固定装置，简化了作动器的整体结构，减轻了作动器的重量。

技术领域

本发明属于压电驱动领域，具体涉及笼型动转子一体化压电作动器及其控制方法。

背景技术

压电旋转电机因其精度高、扭矩大而在光学工程和航空航天领域得到了广泛的应用。但现有的压电旋转电机通过粘贴压电陶瓷为定子的压电振动子驱动转子，定子和转子也分别需要自己的固定装置，使得装置结构复杂，定子与转子之间的接触面积较小，导致能量传递效率较低，且转子装置需要占用一定的体积，因此空间利用率较低，结构不紧凑。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种笼型动转子一体化压电作动器及其控制方法，压电作动器具有体积小，重量轻，转矩大，精度高且定转子一体化的特点。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种笼型动转子一体化压电作动器，包括环形压电振子、固定保持架和圆弧滑轨；所述环形压电振子包括环形金属基体、压电陶瓷；所述环形金属基体外环面上设有一组位于环形金属基体直径方向两端的驱动足和一组对称轴与驱动足对称轴垂直的转轴，且转轴关于两个驱动足所在直线对称；且压电陶瓷包括四个第一压电陶瓷及四个第二压电陶瓷，其中，两个第一压电陶瓷位于环形金属基体的上表面且位于转轴轴线一侧，另两个第一压电陶瓷位于环形金属基体的下表面且位于转轴轴线另一侧；两个第二压电陶瓷位于环形金属基体的下表面且位于转轴轴线一侧，另两个第二压电陶瓷位于环形金属基体的上表面且位于转轴轴线另一侧；一个第一压电陶瓷与一个第二压电陶瓷在环形金属基体的上下表面的投影重合；且位于环形金属基体上表面的压电陶瓷极化方向相同，位于环形金属基体下表面的压电陶瓷与上表面的压电陶瓷极化方向相反。

进一步的，固定保持架主体形状为半圆弧，半圆弧的两端开有中心处于同一条半圆弧直径方向的通孔；所述通孔内安装有滚珠轴承；所述滚珠轴承与转轴连接。

进一步的，所述环形金属基体上下表面均设有四个扇环开槽，所述每个扇环开槽位置间隔90°圆心角，压电陶瓷一一对应的放置于扇环开槽内；位于环形金属基体的上表面的四个压电陶瓷在圆周范围内等距均匀排布，位于环形金属基体的下表面的四个压电陶瓷在圆周范围内也等距均匀排布。

进一步的，所述圆弧滑轨主体形状为有开口的圆弧，开口处设有矩形凸起，凸起处与拉力弹簧连接。

进一步的，所述固定保持架圆弧中段内侧面开有矩形凹槽，所述圆弧滑轨圆弧中段外侧面也开有矩形凹槽，固定保持架的内侧面矩形凹槽与圆弧滑轨的外侧面矩形凹槽相互嵌合。

进一步的，所述圆弧滑轨圆弧的圆心处在两个滚珠轴承中心连线所在的直线上。

所述压电作动器的控制方法如下：

所述两组压电陶瓷分别被两组交流电信号激励时，所述环形压电振子被同时激发出两种不同的振动模态；分别是面内振动模态：存在偶数个波峰和波谷，两驱动足处同时处于波峰或波谷；面外振动模态：存在奇数个波峰和波谷，两驱动足分别处于波峰和波谷；当两相具有90度时间相位差的交流电信号分别激励上述两组压电陶瓷时，环形压电振子面外振动模态和面内振动模态耦合；两驱动足产生旋转方向相同但是相位差距180度的椭圆形运动，驱动足与圆弧滑轨产生摩擦力反作用力驱动环形压电振子绕着驱动环形压电振子自身转轴做自旋运动，当将上述施加的两相电信号的相位差改为-90度，则环形压电振子反向运动。