[发明专利]一种用于水下的压电驱动新型马达

说明书

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种用于水下的压电驱动新型马达。所述新型马达的整体结构由转动轴、机架、轴承以及旋转部件构成；旋转部件由压电振子、密封圈、伞形阀、阀座、喷头、上盖和下盖构成；旋转部件两侧各开有一个进水口，上下盖都有一个喷射口；旋转部件内侧进水口与出水口之间开设有引流道；本发明的主要优势在于：使用了压电驱动，具有线性好、响应频率高、无电磁干扰、噪声低等优点；在交流信号激励的每个周期内都能连续喷流，产生扭矩，实现马达的持续旋转；通过改变驱动电压和频率可控制喷流，近一步实现对马达转速的控制；利用喷流产生的反作用力工作，是一种用于水下的压电驱动新型马达。

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种用于水下的压电驱动新型马达。

背景技术

现代社会，马达的出现给人类的生产劳动提供了诸多便利，马达可应用于工业生产、建筑业、交通运输、医疗办公设备与家用电器、航空航天国防等领域。马达按照使用电源不同可分为直流马达、交流马达和脉冲马达等。直流马达包含周围磁场、电刷、整流子等元件，主要应用于电车，快速电梯及电子产品等领域；交流马达可分为同步马达和感应马达；脉冲马达也称步进马达，主要应用于数字控制系统。

传统的马达驱动方式主要有直流直接驱动，交流直接驱动，直流变频驱动和交流变频驱动等。近年来，传统的马达驱动技术已不太能满足工业领域发展的需求，而以压电陶瓷为核心的压电驱动方式正逐步得到应用，压电驱动是利用压电材料的逆压电效应以及特殊的机械结构来实现精密驱动的新技术。由于压电陶瓷能够进行稳定输出，具有线性好、控制方便、响应频率高、无电磁干扰、噪声低等优点，因此采用该结构设计的压电驱动马达具有独特的优势，压电驱动技术已成为新型研究方向。

发明内容

本发明提出了一种用于水下工作的压电驱动新型马达。

该新型马达所采用的技术方案如下所述：马达的整体结构由转动阶梯轴、机架、轴承以及旋转部件构成；旋转部件由压电振子、两个密封圈、伞形阀、阀座、喷头、上盖和下盖构成；旋转部件两侧各开有一个进水口，上下盖都有一个喷射口；旋转部件与转动阶梯轴之间采用胶接，轴承与转动阶梯轴采用过盈配合；旋转部件的上盖和下盖通过螺栓螺母连接，压电振子由两个密封圈夹紧固定，阀座通过胶接粘在旋转部件内，两个喷头关于轴中心对称并与旋转部件的上下盖通过螺纹连接；所使用的压电振子为圆形压电片，压电片由铜基板与压电陶瓷粘接而成。

工作原理如下所述：将马达放入水中，给压电振子施加交流电压，压电振子在交流电压的驱动下发生弯曲变形，从而改变了马达旋转部件内腔室体积的变化，腔室内体积增大的一侧吸水，腔室内体积减小的一侧通过喷头喷出水，在此过程中，旋转部件受到反作用力对中心产生扭矩开始旋转；由于两个喷头关于轴中心对称，从而实现了喷头的连续出流，促使马达工作。

在本发明中，圆形压电陶瓷一金属复合膜压电振子在工作频率远低于其谐振频率且空载时压电振子中心点的变形量表达式为：

用交流信号激励时，压电振子产生的压力p可表示为：