[发明专利]基于四音叉式压电振子驱动的旋转超声电机及工作模态

权利要求书

1.基于四音叉式压电振子驱动的旋转超声电机，包括定子组件、转动组件和支座组件，其特征在于，所述定子组件安装于所述转动组件与所述支座组件之间；

所述定子组件包括四组呈十字形连接的音叉结构板，音叉结构板由两根并列的音叉杆构成，且呈十字形连接的中心处设置有轴孔，音叉结构板的根部设置有定位孔；音叉杆呈矩形，其内部设置有改善定子模态的通孔，且音叉杆端部的正反面均设置有凸起的驱动足；音叉杆的四周表面均粘贴有压电陶瓷激励组件，压电陶瓷激励组件由面外弯振激励陶瓷和面内弯振激励陶瓷构成，音叉杆的正反平面均粘贴有面外弯振激励陶瓷，音叉杆的左右侧面粘贴有面内弯振激励陶瓷；驱动足顶面涂覆有聚偏氟乙烯基材料；

所述转动组件包括转子、压环和预紧压板，转子的一面设置有环槽，该环槽与压环相对应匹配，预紧压板与转子的环槽之间安装有压环；转子的中心设置有键槽，转轴的一端由端头向内依次装有第一轴承、调整垫片和第一端盖，第一端盖安装于预紧压板中心孔内，转轴的另一端与键槽连接；第一端盖与第一轴承之间设置有两片调整垫片；

所述支座组件包括第二端盖和底板，底板的中间有凸台，凸台的中间设置轴孔，轴孔内安装有第二轴承，凸台上设有螺纹孔，凸台上面装有垫片，底板的四角安装有支座固定螺钉，底板通过螺栓与第二端盖连接，第二端盖内的中心设置有轴承座，轴承座内装有轴承；

定子固定螺钉穿过定位孔与凸台上的螺纹孔固定连接，驱动足的顶面与转动组件的转子底面连接。

2.根据权利要求1所述的基于四音叉式压电振子驱动的旋转超声电机，其特征在于，所述面外弯振激励陶瓷分别对称粘贴于音叉杆的正反平面。

3.根据权利要求1所述的基于四音叉式压电振子驱动的旋转超声电机，其特征在于，所述面内弯振激励陶瓷分别对称粘贴于音叉杆的左右侧面。

4.根据权利要求1所述的基于四音叉式压电振子驱动的旋转超声电机，其特征在于，所述调整垫片至少为两片。

5.一种如权利要求1所述的基于四音叉式压电振子驱动的旋转超声电机的工作方法，其特征在于，利用定子组件特定的两相工作模态振动，其中，面外反对称弯振模态用于实现转动组件与定子组件之间的接触与脱离，面内对称弯振模态则实现驱动转动组件的转子形成绕转轴的旋转运动；

所述面外反对称弯振模态是基于压电陶瓷的逆压电效应，通过对面外弯振激励陶瓷施加特定的激励电压，上下对称的音叉杆和左右对称的音叉杆基于四音叉式结构板平面的面外弯曲振动，驱使上下对称的音叉杆和左右对称的音叉杆末端分别沿垂直于四音叉式结构板平面的两反方向弯曲并高出四音叉式结构板的平面，上下对称的音叉杆和左右对称的音叉杆的面外弯曲振动振形相反，使得四音叉式结构板的上下对称的音叉杆和左右对称的音叉杆上的驱动足分为两组交替的保持和转动组件的转子接触与分离；

所述面内对称弯振模态是通过对面内弯振激励陶瓷施加特定的激励电压，激发音叉杆的音叉杆基于四音叉式结构板平面的面内弯曲振动，四音叉式结构板的上下对称音叉杆面内弯曲振动振形反对称，使得上下对称音叉杆上的驱动足同时推动转动组件的转子产生沿x的正反方向的切向力，形成x方向绕转轴的旋转力偶；四音叉式结构板的左右对称音叉杆面内的面内弯曲振动振形反对称，使得左右对称音叉杆上的驱动足同时的推动转动组件的转子产生沿y的正反方向的切向力，形成y方向绕转轴的旋转力偶，从而推动转子形成xOy平面内绕转轴的旋转运动。