[发明专利]电机定子、多通道舵机控制的微小型超声电机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于压电陶瓷的逆压电效应的新型多通道舵机控制的微小超声电机的系统集成，属于超声电机领域。

背景技术

超声电机是一种新型微特电机，其工作原理是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体(定子)在超声频段的微幅振动，并通过定、转子之间的摩擦作用将振动转化成转子的旋转或直线运动，输出功率，驱动负载。新型多通道舵机控制的微小超声电机是超声电机的一种，与传统的电磁电机比较具有许多独特的优点：结构紧凑，设计灵活，转矩密度(转矩/质量比)大，可以实现电机的短、小、薄，利于微小化。低速大转矩，无需齿轮减速机构，可直接驱动。电机转子惯性小，响应快，能断电自锁，且具有较大的保持扭矩。位置和速度控制性好，位移分辨率高，抗电磁干扰。

目前，国内对于多通道舵机控制的研究尚处于起步阶段，对于基体偏转的控制方式，虽然展开了理论研究，但现阶段仍处于探索阶段。

主要的控制方式主要分为两类：一类是以智能合金材料作为驱动力来源开发的执行机构；另一类是以压电陶瓷作为驱动力来源开发的执行机构。智能合金材料主要有记忆合金材料和磁致伸缩材料，以这类材料作为驱动力来源开发出的执行机构来控制基体偏转，进而控制基体的气动力，进而修正飞行轨迹。这种方案可以提供较大的驱动力和较大偏转角，但是响应速度较低，这样就限制了修正的次数，进而影响了修正的最终精度。压电陶瓷作为驱动力来源开发的执行机构，利用压电材料的逆压电效应产生微小的变形，采用多级位移放大机构，将此微小变形放大，然而由于压电材料的变形一般是微米级别，多级放大之后的效果也是不够理想，不能产生较大的偏角，这样就导致了气动控制力较小。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、响应速度快、控制灵活、可以同时多个输出轴输出的多通道舵机控件执行装置的舵机。

本发明提供的电机定子包括定子基体片、若干驱动足、压电陶瓷片，驱动足、定子基体片一体加工，定子基体片厚度方向的中部带有外延，其下表面设有驱动足，在定子基体片的上端面上设有第一压电陶瓷片，在每个驱动足的侧面均设有第二压电陶瓷片。

具体的说，驱动足以定子基体片的中心点为圆心，呈周向均匀分布，每个驱动足的同一侧面上设有第二压电陶瓷片。

一种新型多通道舵机控制的微小型超声电机，包括定子、轴以及一个紧固定子和轴的套筒装置；所述定子包括一体合成的带外延圆环的圆盘定子基体和若干驱动足，在所述圆盘定子基体的上表面设有第一压电陶瓷片，在所述驱动足的侧面均设有第二压电陶瓷片；每个驱动足的下表面对应设有一个轴，并且所述套筒装置包括内套筒和外套筒，内套筒上设有通孔，所述轴通过轴承安装在通孔内；所述圆盘定子基体安装在内套筒顶部，驱动足深入内套筒的内部，外套筒的顶部设有凸台，凸台将定子的外延圆环卡紧固定，并且外套筒底部设有固定装置，将内套筒固定在其内部。

进一步的，在所述外套筒的顶部还设有螺母，该螺母覆盖整个圆盘定子基体的上表面，将定子与第一压电陶瓷片压紧固定。

更进一步的，所述驱动足有四个，其沿圆盘定子基体的周向均匀分布，每个驱动足的同一侧面上设有第二压电陶瓷片。

具体的说，所述内套筒侧壁为四个不连续的弧面，成十字沿周向分布，与驱动足对应设置；每个弧面中间均设有安装轴的通孔，使驱动足的下表面压在轴上；内套筒下部设有水平的腹板，该腹板将四个弧面连接成一个整体；所述外套筒的侧壁形状与内套筒相对应，使内套筒可滑动的套在外套筒上，装置末端由端盖固定。

一种微小型超声电机控制方法，以同频的正弦和余弦激励信号分别作用于定子基体上的第一压电陶瓷和驱动足上的第二压电陶瓷。

具体的说，是以正弦电压E₁＝V sin(ωt)施加于第一压电陶瓷片上，以余弦电压E₂＝V cos(ωt)施加在空间上相位差为π的一对第二压电陶瓷片上。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明选用了一种多自由度超声电机作为执行机构，由于多自由度超声电机具有结构尺寸小，直接驱动无需减速机构，抗过载能力强的特点，所以多自由度超声电机的设计提供了另一种更好的可能性。

多通道舵机控件执行装置的设计，针对小口径的适用场合，通过对两对互相垂直安装的舵翼的摆动控制，来实现对基体的滚转、俯仰和偏航姿态的调整，最终完成对基体的弹道修正。舵机安装于弹体前端内，同时又尽量小占用安装空间，为舵翼的摆动提供足够的舵面稳定力矩，对修正指令能够快速的响应。