[发明专利]非对称陶瓷分区的空间调相环形行波超声波电机及其控制方法

说明书

本发明提供一种非对称陶瓷分区的空间调相环形行波超声波电机及其控制方法，压电陶瓷包括A1区压电陶瓷、A2区压电陶瓷、B3区压电陶瓷和B4区压电陶瓷，各区陶瓷在空间上各占据两个波长，A1、B4区压电陶瓷具有相同的空间相位，A2、B3区压电陶瓷具有相同的空间相位，压电陶瓷的每个极化分区的宽度为二分之一波长，按逆时针方向，任意三个压电陶瓷分区的极化方向依次按“+－+－”排列，另一个压电陶瓷分区的极化方向依次按“－+－+”排列；该电机及其控制方法具有传统的细分陶瓷结构的空间调相环形行波超声波电机的全部功能和优点，且压电陶瓷的每个极化分区更宽，各区压电陶瓷的所有极化分区在空间上保持连续，加工和制作更为方便和精确。

技术领域

本发明涉及一种非对称陶瓷分区的空间调相环形行波超声波电机及其控制方法。

背景技术

空间调相环形行波超声波电机是一种通过电压调节实现空间相位控制的环形行波超声波电机，空间相位这一新的控制量为环形行波电机的控制提供了更多的选择。

目前传统的空间调相环形行波超声波电机的压电陶瓷采用细分陶瓷结构，其每个陶瓷分区为传统环形行波超声波电机的一半，其分区数目则增加一倍，这会产生以下问题：1.各分区间绝缘的总面积增加，导致覆银面积减小，电机功率下降；2.各相分区互相间隔，导致电机的接线复杂和困难；3.陶瓷分区面积减小，导致陶瓷加工的困难，且无助于陶瓷加工精度的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种非对称陶瓷分区的空间调相环形行波超声波电机及其控制方法，具有全新的陶瓷分区结构，简化空间调相环形行波电机的制作，提高电机的加工精度，并配合相应的电源方案，解决现有技术中存在的上述问题。

本发明的技术解决方案是：

一种非对称陶瓷分区的空间调相环形行波超声波电机，包括压电陶瓷，所述压电陶瓷包括A1区压电陶瓷、A2区压电陶瓷、B3区压电陶瓷和B4区压电陶瓷，各区陶瓷在空间上各占据两个波长，A1区压电陶瓷和B4区压电陶瓷具有相同的空间相位，A2区压电陶瓷和B3区压电陶瓷具有相同的空间相位，A1区压电陶瓷和A2区压电陶瓷在空间上相差四分之一波长，B3区压电陶瓷和B4区压电陶瓷在空间上相差四分之一波长，压电陶瓷的每个极化分区的宽度为二分之一波长，按逆时针方向，任意三个压电陶瓷分区的极化方向依次按“+－+－”排列，另一个压电陶瓷分区的极化方向依次按“－+－+”排列，“+”表示正向极化，“－”表示反向极化，对极化的正方向可自由定义，仅要求其垂直于陶瓷平面即可。

一种上述非对称陶瓷分区的空间调相环形行波超声波电机的控制方法，A1、A2区压电陶瓷上施加相同时间相位，不同幅值的电源一、电源二；B3、B4区压电陶瓷上施加相同时间相位，不同幅值的电源三、电源四；A1、A2区压电陶瓷上施加的电源与B3、B4区压电陶瓷上施加的电源在时间相位上相差π/2恒定；A1、B4区压电陶瓷上施加的电源具有相同幅值；A2、B3区压电陶瓷上施加的电源具有相同幅值。

进一步地，设定a为电源一和电源四的电压幅值，b为电源二和电源三的电压幅值，θ反应两个不同时间相位的驻波在空间“移动”的角度，与电源幅值a、b有关，满足：

改变电源幅值a、b的大小关系，实现改变两个不同时间相位的驻波在空间“移动”的角度θ，进而改变电机定子中行波分量和驻波分量的比值关系，实现空间调相控制。

本发明的有益效果是：该种非对称陶瓷分区的空间调相环形行波超声波电机及其控制方法，具有以下优点：

一、本发明中，A1区压电陶瓷、A2区压电陶瓷、B3区压电陶瓷和B4区压电陶瓷在机械空间上互相独立，单个分区的所有陶瓷片保持空间上的连续，较之传统的细分陶瓷结构的空间调相环形行波超声波电机接线更为简化；