[發明專利]一種基于非對稱結構的單模微型超聲電機

在審

• 申請號: 202211000369.3
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115360933A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 潘巧生;王雅;陳立蔚;萬澳德;李瑞君
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 金惠貞

1.一種基于非對稱結構的單模微型超聲電機，其特征在于：包括定子機構、轉子機構和預壓彈簧（5）；

所述定子機構包括單模壓電振子（1）和兩對壓電陶瓷片；所述單模壓電振子（1）為金屬的空心的平行四邊形框架，平行四邊形框架的軸向一側面的上下一對邊框上分別設有第一圓弧面（11），且一對第一圓弧面（11）上下對稱；平行四邊形框架的軸向另一側面的上下一對邊框上分別設有第二圓弧面（12），且一對第二圓弧面（12）上下對稱；一對壓電陶瓷片為第一壓電陶瓷片（7）和第二壓電陶瓷片（8），中心對稱固定設于單模壓電振子（1）上下對稱的一對邊框的外側面上，且第一壓電陶瓷片（7）和第二壓電陶瓷片（8）的極化方向相反；另一對壓電陶瓷片為第三壓電陶瓷片（9）和第四壓電陶瓷片（10），中心對稱固定設于單模壓電振子（1）左右對稱的一對邊框的外側面上，且第三壓電陶瓷片（9）和第四壓電陶瓷片（10）的極化方向相反；

所述轉子機構包括一對轉子和轉軸（2）；一對轉子為第一轉子（3）和第二轉子（4），設于轉軸（2）上，且能在轉軸（2）上沿著軸向滑動；所述第一轉子（3）和第二轉子（4）為結構相同的圓錐臺狀，且小直徑端相對位于轉軸（2）上；

所述轉軸（2）的一端設有端蓋（21），另一端上開設有一條以上的卡槽（22），每條卡槽（22）內配合設有卡簧（6）；

所述預壓彈簧（5）套設在端蓋（21）和與之相鄰的一對轉子中的一個轉子之間的轉軸（2）上，并緊壓端蓋（21）和與之相鄰的一對轉子中的一個轉子；

所述定子機構的單模壓電振子（1）套設于所述轉子機構的一對轉子上，且單模壓電振子（1）的一對圓弧面作為摩擦界面，與轉子機構的一對轉子的圓錐面耦合接觸；

所述定子機構具有兩個工作模態：當兩對壓電陶瓷片同時施加一階頻率的電壓信號時，實現一階平面收縮擴張振動模態；一對第一圓弧面（11）和一對第二圓弧面（12）表面質點的運動軌跡為經過第二四象限的斜線軌跡，單模壓電振子（1）與轉子機構的一對轉子的圓錐面耦合接觸產生的摩擦力，實現轉子機構的順時針運動輸出；

當兩對壓電陶瓷片同時施加二階頻率的電壓信號時，實現二階平面收縮擴張振動模態；一對第一圓弧面（11）和一對第二圓弧面（12）表面質點的運動軌跡為經過第一三象限的斜線軌跡，單模壓電振子（1）與轉子機構的一對轉子的圓錐面耦合接觸產生的摩擦力，實現轉子機構的逆時針運動輸出；

通過施加一階頻率的電壓信號或二階頻率的電壓信號，實現兩個工作模態的切換；

所述一階頻率的電壓信號或二階頻率的電壓信號均為正弦波激勵信號。

2.根據權利要求1所述一種基于非對稱結構的單模微型超聲電機，其特征在于：所述單模壓電振子（1）的材料為磷青銅；所述第一轉子（3）、第二轉子（4）和轉軸（2）的材料為不銹鋼。

3.根據權利要求1所述一種基于非對稱結構的單模微型超聲電機，其特征在于：所述單模壓電振子（1）的平行四邊形框架的銳角夾角為60°。

4.根據權利要求1所述一種基于非對稱結構的單模微型超聲電機，其特征在于：所述兩對壓電陶瓷片的材料均為PZT-4鋯鈦酸鉛壓電陶瓷或PZT-5鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。

5.根據權利要求1所述一種基于非對稱結構的單模微型超聲電機，其特征在于：所述轉軸（2）為徑向對稱兩側削扁的扁軸，限制所述一對轉子在軸上的轉動。

6.根據權利要求1所述一種基于非對稱結構的單模微型超聲電機，其特征在于：所述轉軸（2）的另一端上開設有三條卡槽（22），每條卡槽（22）內配合設有卡簧（6）。