CN219247731U - 一种压电驱动非接触式高速陀螺电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，包括定子和转子两部分组成，所述转子为中间设置有隔板的圆筒结构，包括隔板上驱动面，转子内壁面和隔板下驱动面，所述定子由两个对称设置的振子构成，其中上振子包括上安装基座、上辐射板和上环形压电片，所述上辐射板为阶梯轴圆板组合结构，且上辐射板固定连接在上安装基座的内侧壁上，所述上环形压电片粘贴于上辐射板上，简单紧凑、可控性强、无电磁干扰以及无机械摩擦损耗等特性能够满足高精度陀螺仪表的使用需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及非接触式压电驱动控制领域，具体涉及一种压电驱动非接触式高速陀螺电机。
背景技术
陀螺电机作为各类航天器中陀螺仪表的重要组成部分，其性能的优劣在很大程度上决定着控制系统的动态品质，进而影响着飞行器的入轨精度。传统的基于电磁感应原理设计的陀螺电机通常存在着工作电流与力能指标较低、转子成本高、受电磁场干扰影响较大、摩擦损耗严重等诸多问题，已难以满足惯性导航系统和惯性制导系统对陀螺仪的精度要求，因此，探索一种新型驱动方式的陀螺电机的需求显得尤为迫切。基于近声场悬浮原理设计的压电作动器通常具有精度高、结构简单紧凑、无电磁干扰、加工成本低廉、对转子无特殊材料要求等诸多优势，是用来设计研制高速陀螺电机的最佳选择。利用该原理设计的非接触式高速陀螺电机由于定、转子之间通过空气层传递能量，这种非接触式的驱动方式避免了长时间接触工作下造成的结构件摩擦损耗，增强了电机的使用寿命，提高了机械效率，大大拓宽了传统陀螺电机的应用范围。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，其结构简单紧凑、可控性强、无电磁干扰以及无机械摩擦损耗等特性能够满足高精度陀螺仪表的使用需求。
一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，包括定子和转子两部分组成，所述转子为中间设置有隔板的圆筒结构，包括隔板上驱动面，转子内壁面和隔板下驱动面，所述定子由两个对称设置的振子构成，其中上振子包括上安装基座、上辐射板和上环形压电片，所述上辐射板为阶梯轴圆板组合结构，且上辐射板固定连接在上安装基座的内侧壁上，所述上环形压电片粘贴于上辐射板上。
优选的，所述上辐射板上设有上螺钉安装孔、上压电陶瓷粘贴面和上辐射板辐射面，所述上安装基座上设有与上螺钉安装孔相对应的上安装螺钉，所述上压电陶瓷粘贴面与上环形压电片的上压电片安装面贴合，所述上辐射板辐射面与隔板上驱动面贴合。
优选的，下振子与上振子结构相同，并基于转子内的隔板与上振子对称设置，所述下振子包括下辐射板、下环形压电片和下安装基座，且下辐射板上也设有下螺钉安装孔、下压电陶瓷粘贴面和下辐射板辐射面，所述下安装基座上设有与下螺钉安装孔相对应的下安装螺钉，所述下压电陶瓷粘贴面与下环形压电片的下压电片安装面贴合，所述下辐射板辐射面与隔板下驱动面贴合。
优选的，所述振子与转子的转子内壁面之间有0.8-1.2mm的间隙。
优选的，所述上辐射板辐射面与隔板上驱动面之间有0.4-0.6mm的间隙。所述下辐射板辐射面与隔板下驱动面之间也有0.4-0.6mm的间隙。
优选的，所述上辐射板和下辐射板上都设有纵振陶瓷预留安装面，所述纵振陶瓷预留安装面上还固定设有纵振压电陶瓷片一和纵振压电陶瓷片二，所述纵振压电陶瓷片一和纵振压电陶瓷片二之间还设有导电片。
本实用新型的优点在于：结构简单紧凑、可控性强、无电磁干扰以及无机械摩擦损耗等特性能够满足高精度陀螺仪表的使用需求。
附图说明
图1为本实用新型装置的整体结构示意图；
图2为本实用新型装置的内部结构示意图；
图3为本实用新型装置中下振子的结构示意图；
图4为本实用新型装置中转子的结构示意图；
图5为本实用新型的陶瓷片极化分区示意图；
图6为本实用新型的压电振子辐射面振型示意图；
图7为本实用新型的纵振陶瓷振动方式示意图；
图8为本实用新型装置中安装了纵振陶瓷的结构示意图；
其中，1-转子，2-上安装基座，3-上辐射板，4-上环形压电片，5-下辐射板，6-下环形压电片，7-下安装基座，8-纵振压电陶瓷片一，9-纵振压电陶瓷片二，10-导电片，101-隔板上驱动面，102-转子内壁面，103-隔板下驱动面，201-上安装螺钉，301-上螺钉安装孔，302-上压电陶瓷粘贴面，303-上辐射板辐射面，304-纵振陶瓷预留安装面，401-上压电片安装面，501-下螺钉安装孔，502-下压电陶瓷粘贴面，503-下辐射板辐射面，601-下压电片安装面，701-下安装螺钉。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
如图1至图8所示，本实用新型包括定子和转子两部分组成。所述转子1为中间设置有隔板的圆筒结构，包括隔板上驱动面101，转子内壁面102和隔板下驱动面103；所述定子包括上、下两个结构完全相同的振子，以上振子为例，其结构为：包括上安装基座2、上辐射板3和上环形压电片4；所述上辐射板3为阶梯轴圆板组合结构，包括上螺钉安装孔301、上压电陶瓷粘贴面302和上辐射板辐射面303，其细轴段环形面设为预留的纵振陶瓷预留安装面304，通过螺钉连接的方式将上安装基座2与上辐射板3连接；且上安装基座2也为阶梯圆盘结构，其底板设置有上安装螺钉201，所述的上环形压电片4为环形结构，设置有对应的极化分区，将上环形压电片粘贴于上上压电陶瓷粘贴面302上。
上振子的上辐射板3外圆面最大直径略小于转子1腔体内径，之间有大约1mm的间隙，定转子之间无需其他支撑装置。
通过给设置了极化分区的压电陶瓷片施加特定频率的交流电压，可激发振子的B05振动模态，在振子辐射面产生行波振动。
上、下辐射板辐射面与上、下隔板驱动面有大约0.5mm的间隙，在压电陶瓷的激励下，上、下辐射面产生振动诱发空气层产生近声场悬浮效应作用于隔板两驱动面，转子在上、下两近声场作用力下处于稳定悬浮状态；
上、下辐射板辐射面产生的行波振动诱发辐射面与转子驱动面间隙内空气层产生旋转运动，并通过气体粘性力驱动转子旋转。
由于压电陶瓷激发结构体振动幅值较小，通常振子振幅在0.3um～0.5um之间，因此，辐射板辐射面与转子驱动面均要有较高的平面度和粗糙度；
电机上、下辐射板的细轴上设置有纵振陶瓷预留安装面304，当电机工作在某些特殊领域，振子产生的悬浮力不足以支撑转子1时，可在纵振陶瓷预留安装面304上安装纵振压电陶瓷片，利用其产生纵振增加振子的悬浮能力，从而满足特定场合下的应用。
具体实施方式及原理：
压电驱动非接触式高速陀螺电机，当其应用于无重力环境下时，采用图2所示的结构进行安装，工作时，分别给上、下振子的环形压电片上的电极施加特定频率的交流电压，激发上、下辐射板产生两相B05振动模态如图5所示并诱发上、下辐射板辐射面获得行波运动，辐射面与驱动面间的空气层在行波作用下产生声悬浮力与周向驱动力并作用于对应的转子驱动面，从而使转子1在悬浮状态下进行高速旋转；
当电机应用在重力环境下导致声辐射面产生的悬浮力无法实现对转子的悬浮时，可采用图8的安装方式，以下辐射板5为例，即在下辐射板5的纵振陶瓷预留安装面304上添加2片可产生纵振的纵振压电陶瓷片8和9，其纵振方式如图7所示，两片纵振压电陶瓷片中间安装有导电片10，给导电片10施加一定频率的交流电压来激励两片纵振压电陶瓷片产生纵振，从而在下辐射板辐射面503原有行波的基础上增加了驻波振动，进一步提高了振子的悬浮能力。
基于上述，本实用新型结构简单紧凑、可控性强、无电磁干扰以及无机械摩擦损耗等特性能够满足高精度陀螺仪表的使用需求。
由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。
Claims (6)
1.一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，包括定子和转子（1）两部分，其特征在于，所述转子（1）为中间设置有隔板的圆筒结构，包括隔板上驱动面（101），转子内壁面（102）和隔板下驱动面（103），所述定子由两个对称设置的振子构成，其中上振子包括上安装基座（2）、上辐射板（3）和上环形压电片（4），所述上辐射板（3）为阶梯轴圆板组合结构，且上辐射板（3）固定连接在上安装基座（2）的内侧壁上，所述上环形压电片（4）粘贴于上辐射板（3）上。
2.根据权利要求1所述的一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，其特征在于，所述上辐射板（3）上设有上螺钉安装孔（301）、上压电陶瓷粘贴面（302）和上辐射板辐射面（303），所述上安装基座（2）上设有与上螺钉安装孔（301）相对应的上安装螺钉（201），所述上压电陶瓷粘贴面（302）与上环形压电片（4）的上压电片安装面（401）贴合，所述上辐射板辐射面（303）与隔板上驱动面（101）贴合。
3.根据权利要求2所述的一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，其特征在于，下振子与上振子结构相同，并基于转子（1）内的隔板与上振子对称设置，所述下振子包括下辐射板（5）、下环形压电片（6）和下安装基座（7），且下辐射板（5）上也设有下螺钉安装孔（501）、下压电陶瓷粘贴面（502）和下辐射板辐射面（503），所述下安装基座（7）上设有与下螺钉安装孔（501）相对应的下安装螺钉（701），所述下压电陶瓷粘贴面（502）与下环形压电片（6）的下压电片安装面（601）贴合，所述下辐射板辐射面（503）与隔板下驱动面（103）贴合。
4.根据权利要求1所述的一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，其特征在于，所述振子与转子（1）的转子内壁面（102）之间有0.8-1.2mm的间隙。
5.根据权利要求3所述的一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，其特征在于，所述上辐射板辐射面（303）与隔板上驱动面（101）之间有0.4-0.6mm的间隙，所述下辐射板辐射面（503）与隔板下驱动面（103）之间也有0.4-0.6mm的间隙。
6.根据权利要求1所述的一种压电驱动非接触式高速陀螺电机，其特征在于，所述上辐射板（3）和下辐射板（5）上都设有纵振陶瓷预留安装面（304），所述纵振陶瓷预留安装面（304）上还固定设有纵振压电陶瓷片一（8）和纵振压电陶瓷片二（9），所述纵振压电陶瓷片一（8）和纵振压电陶瓷片二（9）之间还设有导电片（10）。
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| CN202320122074.7U CN219247731U (zh) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | 一种压电驱动非接触式高速陀螺电机 |
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Publications (1)
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| CN219247731U true CN219247731U (zh) | 2023-06-23 |
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Country Status (1)
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2023
- 2023-02-06 CN CN202320122074.7U patent/CN219247731U/zh active Active
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