【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超声电机领域，具体涉及一种双工作模态的旋转型超声电机及其控制方法。
技术介绍
1、超声电机是一种非电磁电机，它是利用压电陶瓷材料的逆压电效应，在电信号的激励下，带动其联结的弹性体产生特定的微幅振动，通过摩擦作用将振动传递给转子（动子），从而实现宏观旋转（直线）运动的一种特殊电机。行波型超声电机是目前发展得较为成熟的一类电机，其在高端单反相机镜头、医疗器械、航空航天等领域均有相应的商业化产品。但在某些特殊场合，如卫星姿态控制系统中，对电机有着工作速度区间跨度大、控制精度高等需求，而单一工作模态的超声电机难以满足复杂的工况需求，即无法同时满足超声电机在高阶模态下的高速区和低阶模态下的低速区均表现优异，因此急需提出一种高阶模态与低阶模态能够自如切换的超声电机。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种双工作模态的旋转型超声电机及其控制方法，旨在解决超声电机难以兼顾高效率和大速比的问题，并可以拓展超声电机高效运转的速度区间，从而提高超声电机的适用范围。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种双工作模态的旋转型超声电机，该旋转型超声电机包括罩壳1、设置在罩壳1内的转子2、转子2通过转子防松螺母3与定子组件5接触，防松螺母3与定子组件5之间还设有绝缘垫4，定子组件5通过定子防松螺母7和定子锁紧螺母9固定于底座组件6上，轴承8安装于底座组件6上并与转子2相连接；
4、定子组件5包括定子基体51和压电陶瓷52，压电陶瓷52通过
5、压电陶瓷52外侧面粘接导电薄膜，导电薄膜将激励信号输入至压电陶瓷52。
6、压电陶瓷52极化区间呈轴对称分布，分为a相和b相，每个极化分区所占空间与超声电机定子b09模态的半波长相匹配，a相和b相中的每格极化分区的极化方向正负交错， a相区域从下侧起点以正向极化开始，顺时针正负交错排列，而b相区域从上侧起点以正向极化开始，顺时针正负交错排列。通过实施特定的激励方式，在所述超声电机上实现高阶b09模态与低阶b03模态的切换，低阶b03模态的波长是高阶b09模态的三倍。
7、进一步的，a相和b相各有8片极化分区，a相与b相之间设有第一分隔区域和第二分隔区域，第一分隔区域所占空间分别与超声电机定子b09模态四分之一波长相匹配，第二分隔区域所占空间与超声电机定子b09模态的四分之三波长相匹配。
8、进一步的，低阶b03模态中，a相/b相中的8个极化分区划分为3极化分区组，分别对应为3个极化分区、 3个极化分区、 2个极化分区，每一极化分区组所占空间与超声电机定子b03模态的半波长相匹配。
9、进一步的，电机工作于高阶b09模态下，压电陶瓷的a相激励匹配b09模态的a相驻波、b相激励匹配b09模态的b相驻波，a相驻波接入两路信号，两路均为正弦信号sin1，b相驻波接入两路信号，两路信号均为余弦信号cos1；电机工作于低阶b03模态下，压电陶瓷的a相激励匹配b03模态的a相驻波、b相激励匹配b03模态的b相驻波，a相驻波接入的两路信号为正弦信号sin2和-sin2，具体为a相区域以下侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为sin2，-sin2，sin2，sin2，-sin2，sin2，sin2，-sin2;b相驻波接入的两路信号为余弦信号cos2和余弦信号-cos2, 具体为b相区域以上侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为-cos2，cos2，cos2，-cos2，cos2，cos2，-cos2，cos2。
10、进一步的，电机工作于高阶b09模态下，压电陶瓷的a相激励匹配b09模态的a相驻波、b相激励匹配b09模态的b相驻波，a相驻波接入三路信号，三路信号均为正弦信号sin1，b相驻波接入三路信号，三路信号均为余弦信号cos1；电机工作于低阶b03模态下，压电陶瓷的a相激励匹配b09模态的a相驻波、b相激励匹配b09模态的b相驻波，a相驻波通道一信号为余弦信号cos2、通道二信号为正弦信号-sin2、通道三信号为正弦信号sin2，具体为a相区域以下侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为sin2，cos2，-sin2，sin2，cos2，-sin2，sin2，cos2；b相驻波通道一信号为正弦信号sin2、通道二信号为余弦信号-cos2、通道三信号为余弦信号cos2, 具体为b相区域以上侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为sin2，cos2，-cos2，sin2，cos2，-cos2，sin2，cos2。
11、进一步的，导电薄膜为环形导电薄膜，利用导电薄膜配合压电陶瓷的极化方向实现对陶瓷各极化区间振动状态的任意组合，经由导电薄膜激发的a相驻波、b驻波满足时间相位与空间相位相差π/2。
12、进一步的，环形导电薄膜遵循a相驻波、b相驻波的激励信号分布于轴对称两侧，或者遵循a相驻波、b相驻波的波峰波谷位置在压电陶瓷环上非对称分布。
13、一种双工作模态的旋转型超声电机的控制方法，包括如下步骤：
14、s1合理设计环形导电薄膜的集成电路，使其满足利用所述环形导电薄膜配合压电陶瓷的极化方向实现对陶瓷各极化区间振动状态的任意组合，经由环形导电薄膜激发的a相驻波、b驻波满足时间相位与空间相位相差π/2；
15、s2根据实际工况选择旋转型超声电机的高阶b09模态或者低阶b03模态；
16、s3当选择高阶b09模态时，a相电路中，将第一电路开关接通至正弦信号sin1、第二电路开关接通至正弦信号sin1，b相电路中，将第三电路开关接通至余弦信号cos1，将第四电路开关接通至余弦信号cos1；或者a相电路中，将第一电路开关接通至正弦信号sin1、第二电路开关接通至正弦信号sin1，第三电路开关接通至正弦信号sin1，b相电路中，将第四电路开关接通至余弦信号cos1，将第五电路开关接通至余弦信号cos1，将第六电路开关接通至余弦信号cos1；
17、s4当选择低阶b03模态时，a相电路中，将第一电路开关接通至正弦信号sin2、第二电路开关接通至正弦信号-sin2，b相电路中，将第三电路开关接通至余弦信号cos2，将第四电路开关接通至余弦信号-cos2；或者a相电路中，将第一电路开关接通至余弦信号cos2、第二电路开关接通至正弦信号-sin2，第三电路开关接通至正弦信号sin2，b相电路中，将第四电路开关接通至正弦信号sin2，将第五电路开关接通至余弦信号cos2，将第六电路开关接通至余弦信号-cos2。
18、本专利技术的有益技术效果是：
19、本专利技术提出一种高阶模态与低阶模态能够自如切换的超声电机，特别使用环形导电薄膜对激励信号的电路进行简化，合理地设计环形导电薄膜可以实现对陶瓷各极化区间振动状态的任意组合。本专利技术中，经由环形导电薄膜激发的高阶模态b09模态与低阶模态b03模态的两相驻波均满足空间相位与时间相位相差π/2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，所述转型超声电机包括罩壳（1）、设置在罩壳（1）内的转子（2）、转子（2）通过转子防松螺母（3）与定子组件（5）接触，防松螺母（3）与定子组件（5）之间还设有绝缘垫（4），定子组件（5）通过定子防松螺母（7）和定子锁紧螺母（9）固定于底座组件（6）上，轴承（8）安装于底座组件（6）上并与转子（2）相连接；
2.根据权利要求1所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于， A相与B相之间设有第一分隔区域和第二分隔区域，第一分隔区域所占空间分别与超声电机定子B09模态的四分之一波长相匹配，第二分隔区域所占空间与超声电机定子B09模态的四分之三波长相匹配。
3.根据权利要求2所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，在激励高阶B09模态时，A相和B相内部的每个极化区间的所占空间与超声电机定子B09模态的半波长相匹配。
4.根据权利要求3所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，在激励低阶B03模态时，A相/B相中的8个极化分区划分为3组极化分区组，每一极化分区组所占空间与超声电机定子
5.根据权利要求4所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，电机工作于高阶B09模态下，压电陶瓷的A相激励匹配B09模态的A相驻波、B相激励匹配B09模态的B相驻波，A相驻波接入两路信号，两路均为正弦信号sin1，B相驻波接入两路信号，两路信号均为余弦信号cos1；电机工作于低阶B03模态下，压电陶瓷的A相激励匹配B03模态的A相驻波、B相激励匹配B03模态的B相驻波， A相驻波以下侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为正弦信号sin2，负向正弦信号-sin2，正弦信号sin2，正弦信号sin2，负向正弦信号-sin2，正弦信号sin2，正弦信号sin2，负向正弦信号-sin2；B相驻波以上侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为负向余弦信号-cos2，余弦信号cos2，余弦信号cos2，负向余弦信号-cos2，余弦信号cos2，余弦信号cos2，负向余弦信号-cos2，余弦信号cos2。
6.根据权利要求4所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，电机工作于高阶B09模态下，压电陶瓷的A相激励匹配B09模态的A相驻波、B相激励匹配B09模态的B相驻波，A相驻波接入三路信号，三路信号均为正弦信号sin1，B相驻波接入三路信号，三路信号均为余弦信号cos1；电机工作于低阶B03模态下，压电陶瓷的A相激励匹配B09模态的A相驻波、B相激励匹配B09模态的B相驻波，A相驻以下侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为正弦信号sin2，余弦信号cos2，负向正弦信号-sin2，正弦信号sin2，余弦信号cos2，负向正弦信号-sin2，正弦信号sin2，余弦信号cos2；B相驻波以上侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为正弦信号sin2，余弦信号cos2，负向余弦信号-cos2，正弦信号sin2，余弦信号cos2，负向余弦信号-cos2，正弦信号sin2，余弦信号cos2。
7.根据权利要求1所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，环形导电薄膜的设计遵循A相驻波、B相驻波的激励信号分布于轴对称两侧，或者遵循A相驻波、B相驻波的波峰波谷位置在压电陶瓷环上非对称分布。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的一种双工作模态的旋转型超声电机的控制方法，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，所述转型超声电机包括罩壳（1）、设置在罩壳（1）内的转子（2）、转子（2）通过转子防松螺母（3）与定子组件（5）接触，防松螺母（3）与定子组件（5）之间还设有绝缘垫（4），定子组件（5）通过定子防松螺母（7）和定子锁紧螺母（9）固定于底座组件（6）上，轴承（8）安装于底座组件（6）上并与转子（2）相连接；
2.根据权利要求1所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于， a相与b相之间设有第一分隔区域和第二分隔区域，第一分隔区域所占空间分别与超声电机定子b09模态的四分之一波长相匹配，第二分隔区域所占空间与超声电机定子b09模态的四分之三波长相匹配。
3.根据权利要求2所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，在激励高阶b09模态时，a相和b相内部的每个极化区间的所占空间与超声电机定子b09模态的半波长相匹配。
4.根据权利要求3所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，在激励低阶b03模态时，a相/b相中的8个极化分区划分为3组极化分区组，每一极化分区组所占空间与超声电机定子b03模态的半波长相匹配。
5.根据权利要求4所述的一种双工作模态的旋转型超声电机，其特征在于，电机工作于高阶b09模态下，压电陶瓷的a相激励匹配b09模态的a相驻波、b相激励匹配b09模态的b相驻波，a相驻波接入两路信号，两路均为正弦信号sin1，b相驻波接入两路信号，两路信号均为余弦信号cos1；电机工作于低阶b03模态下，压电陶瓷的a相激励匹配b03模态的a相驻波、b相激励匹配b03模态的b相驻波， a相驻波以下侧极化分区为起点顺时针方向每个极化分区接入的信号为正弦信号sin2，负向正弦信号-...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨颖，许睿，金家楣，王亮，邱建敏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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