[发明专利]一种具有备份功能的旋转型行波超声电机及其驱动控制方法

说明书

本发明涉及一种具有备份功能的旋转型行波超声电机及其驱动控制方法，旋转型行波超声电机采用一片压电陶瓷片工作另一片压电陶瓷片待机的工作方式工作，当检测到工作中的压电陶瓷片出现异常时，自动或人为控制切换到由待机状态下的那片压电陶瓷继续工作；本发明提供的旋转型行波超声电机与现有旋转型行波超声电机相比，解决了现有超声电机无法同轴备份的技术瓶颈问题，在航空航天、核电等不能在第一时间更换电机排除故障以及其他要求必须同轴备份电机提高系统可靠性的场合，具有更高的安全性以及较大的优势，可保证系统更好的完成任务。

技术领域

本发明涉及一种具有备份功能的旋转型行波超声电机及其驱动控制方法，属于超声电机技术领域。

背景技术

超声电机是20世纪80年代开始发展起来的一种全新概念的微特电机，其工作原理是利用压电陶瓷片的逆压电效应，激发弹性体定子在超声频域内的微幅振动，并通过定转子之间的摩擦作用将定子弹性体的微幅振动转换成转子的宏观旋转运动，输出功率，驱动负载。这种新型微电机相比较传统电磁电机，具有以下优点

1.结构紧凑，推重比大；

2.响应快，能够断电自锁；

3.位置分辨率比较高，电机的可控性比较强；

4.工作的时不产生磁场，也不受外界电磁场干扰；

5.在真空和高温以及低温等极端环境下仍可以正常工作；

6.无需齿轮减速机构就可以直接输出力和直线运动；

7.结构简单，生产、维护的成本低，结构设计比较灵活，易于实现小型化与轻量化。

因此，超声电机在轿车电器、办公自动化设备、精密仪器仪表、计算机辅助制造、工业控制系统、航空航天、智能机器人等领域都有着广泛的应用前景。

目前旋转型行波超声电机有两种较为典型的结构：⑴单定子-单转子旋转型行波超声电机，这种行波超声电机工作原理和结构最早起源于日本并一直沿用至今，其经典结构详见日本专利JPH0828985B2、JPH0787707B2，以及后来国内申请的类似专利CN1112759C、CN202111634U、CN108880322A等；这种结构的行波超声电机的共同点都是只有一个定子弹性体，且定子弹性体的外环的一面用于粘贴压电陶瓷片，外环的另一面开设有齿状的结构，给压电陶瓷片激励信号，则可以激发定子弹性体的振动，产生具有驱动作用的行波，驱动转子(动子)做旋转运动；但是这种超声电机不具备备份功能，一旦该压电陶瓷片断电，或者该压电陶瓷片出现碎裂、击穿，将无法在该定子弹性体内激发出具有驱动作用的行波继续工作，则需更换新的电机；⑵多定子-多转子旋转型行波超声电机，多定转子行波超声电机实际上是由多个单定转子旋转型行波超声电机串联而成，结构中每个定子弹性体对应一个转子构成一组驱动源，多个转子共轴输出转矩转速。其双定转子旋转型行波超声电机经典结构详见日本专利JP33607987、JP2013000207A，国内专利CN101702592A；超过三个定转子的旋转型行波超声电机的经典结构详见国内专利CN108233765A；对于上述的双定转子旋转型行波超声电机，一旦有一组定子弹性体上的压电陶瓷片断电，或者该压电陶瓷片出现碎裂、击穿，将无法在该定子弹性体内激发出具有驱动作用的行波，该组定子弹性体与转子接触面之间在预压力作用下将产生静摩擦力自锁，且自锁力矩大于等于另一组定转子的最大驱动力矩，因此，整个电机也将无法继续输出力矩和转速，电机也不具备备份功能；对于上述的超过三个定转子的旋转型行波超声电机，同样也存在这样的问题，一旦有一组或多组定子弹性体上的压电陶瓷片断电，或者压电陶瓷片出现碎裂、击穿，只有在正常工作的定转子输出的驱动力矩完全克服了坏了的那一组或多组定转子之间的静摩擦力才能继续输出转矩和转速，显然，此时的输出转矩和转速也将无法正常的完成任务，因此该超声电机也不具备备份功能。