[發明專利]基于四音叉式壓電振子驅動的旋轉超聲電機及工作模態

有效

• 申請號: 201810167405.2
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108111056B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 賀紅林;余九;劉浩康;付磊
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12;H02N2/10
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

1.基于四音叉式壓電振子驅動的旋轉超聲電機，包括定子組件、轉動組件和支座組件，其特征在于，所述定子組件安裝于所述轉動組件與所述支座組件之間；

所述定子組件包括四組呈十字形連接的音叉結構板，音叉結構板由兩根并列的音叉桿構成，且呈十字形連接的中心處設置有軸孔，音叉結構板的根部設置有定位孔；音叉桿呈矩形，其內部設置有改善定子模態的通孔，且音叉桿端部的正反面均設置有凸起的驅動足；音叉桿的四周表面均粘貼有壓電陶瓷激勵組件，壓電陶瓷激勵組件由面外彎振激勵陶瓷和面內彎振激勵陶瓷構成，音叉桿的正反平面均粘貼有面外彎振激勵陶瓷，音叉桿的左右側面粘貼有面內彎振激勵陶瓷；驅動足頂面涂覆有聚偏氟乙烯基材料；

所述轉動組件包括轉子、壓環和預緊壓板，轉子的一面設置有環槽，該環槽與壓環相對應匹配，預緊壓板與轉子的環槽之間安裝有壓環；轉子的中心設置有鍵槽，轉軸的一端由端頭向內依次裝有第一軸承、調整墊片和第一端蓋，第一端蓋安裝于預緊壓板中心孔內，轉軸的另一端與鍵槽連接；第一端蓋與第一軸承之間設置有兩片調整墊片；

所述支座組件包括第二端蓋和底板，底板的中間有凸臺，凸臺的中間設置軸孔，軸孔內安裝有第二軸承，凸臺上設有螺紋孔，凸臺上面裝有墊片，底板的四角安裝有支座固定螺釘，底板通過螺栓與第二端蓋連接，第二端蓋內的中心設置有軸承座，軸承座內裝有軸承；

定子固定螺釘穿過定位孔與凸臺上的螺紋孔固定連接，驅動足的頂面與轉動組件的轉子底面連接。

2.根據權利要求1所述的基于四音叉式壓電振子驅動的旋轉超聲電機，其特征在于，所述面外彎振激勵陶瓷分別對稱粘貼于音叉桿的正反平面。

3.根據權利要求1所述的基于四音叉式壓電振子驅動的旋轉超聲電機，其特征在于，所述面內彎振激勵陶瓷分別對稱粘貼于音叉桿的左右側面。

4.根據權利要求1所述的基于四音叉式壓電振子驅動的旋轉超聲電機，其特征在于，所述調整墊片至少為兩片。

5.一種如權利要求1所述的基于四音叉式壓電振子驅動的旋轉超聲電機的工作方法，其特征在于，利用定子組件特定的兩相工作模態振動，其中，面外反對稱彎振模態用于實現轉動組件與定子組件之間的接觸與脫離，面內對稱彎振模態則實現驅動轉動組件的轉子形成繞轉軸的旋轉運動；

所述面外反對稱彎振模態是基于壓電陶瓷的逆壓電效應，通過對面外彎振激勵陶瓷施加特定的激勵電壓，上下對稱的音叉桿和左右對稱的音叉桿基于四音叉式結構板平面的面外彎曲振動，驅使上下對稱的音叉桿和左右對稱的音叉桿末端分別沿垂直于四音叉式結構板平面的兩反方向彎曲并高出四音叉式結構板的平面，上下對稱的音叉桿和左右對稱的音叉桿的面外彎曲振動振形相反，使得四音叉式結構板的上下對稱的音叉桿和左右對稱的音叉桿上的驅動足分為兩組交替的保持和轉動組件的轉子接觸與分離；

所述面內對稱彎振模態是通過對面內彎振激勵陶瓷施加特定的激勵電壓，激發音叉桿的音叉桿基于四音叉式結構板平面的面內彎曲振動，四音叉式結構板的上下對稱音叉桿面內彎曲振動振形反對稱，使得上下對稱音叉桿上的驅動足同時推動轉動組件的轉子產生沿x的正反方向的切向力，形成x方向繞轉軸的旋轉力偶；四音叉式結構板的左右對稱音叉桿面內的面內彎曲振動振形反對稱，使得左右對稱音叉桿上的驅動足同時的推動轉動組件的轉子產生沿y的正反方向的切向力，形成y方向繞轉軸的旋轉力偶，從而推動轉子形成xOy平面內繞轉軸的旋轉運動。