本发明专利技术的基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置定子部件的内部固定连接有压电元件，压电元件为中空环状结构，激励环的外周面设置有多个振动叶片，转子部件的内壁与多个振动叶片之间过盈配合，固定组件安装于转子部件和定子部件的两端，转子部件的一端用于连接驱动件，定子组件内部形成中空的亥姆霍兹液态谐振腔，液态谐振腔产生的液态径向谐振频率远低于固态径向谐振频率。本发明专利技术的驱动装置结构简单，驱动器工作在液腔谐振模式下，在深海中其液腔谐振频率远低于径向谐振频率，而且在谐振点Q值较大，有较高的机电转换效率，有效的降低了推进器体积，提高了电能利用效率，扩大了超声电机装置的应用领域和范围。
【技术实现步骤摘要】
一种基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置
本专利技术涉及压电换能器与驱动器设计与制造
，尤其涉及一种基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置。
技术介绍
深海探测主要遇到深海高水压的问题，目前的探测器采用的深海电机主要用的是抗压方法，主要采用液压系统来补偿或平衡高水压。这种方法不但结构复杂，且伴有油液泄漏和海水侵入导致的海洋环境污染和推进装置失效的风险。由于压电换能器能够适应深海高水压，其在深海中具有良好且稳定的工作性能，因此本专利技术提出利用逆压电效应和摩擦驱动相结合的原理构建结构全开放式压电轮缘推进器系统。同时，面对海洋探测器小型化的需求，现有的深海AUV或探测器需要更小的驱动装置，普通径向振动溢流环换能器Q(信号质量)值较低，虽然可实现大带宽工作，但压电驱动器需要工作在谐振点附近，为实现高机电转换效率需要较大的Q值，导致现有的压电驱动器尺寸较大，消耗的电能也大。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术提出的基于亥姆霍兹谐振腔的深海压电驱动装置，其液液态径向谐振频率远低于固态径向谐振频率，用于解决压电驱动装置小型化中遇到的问题。本专利技术所采用的具体技术方案是：一种基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置，具有转子部件、定子部件和固定组件，所述定子部件包括激励环，所述激励环内部固定连接有压电元件，所述压电元件为中空环状结构，所述激励环的外周面设置有多个振动叶片，所述转子部件为中空环状结构，所述转子部件的内壁与所述多个振动叶片之间过盈配合，所述固定组件安装于所述转子部件和定子部件的两端，所述固定组件通过紧固件将所述定子部件压紧，所述转子部件的一端用于连接执行部件，所述定子组件内部形成中空的亥姆霍兹液态谐振腔，当所述驱动装置工作于液体中时，所述压电元件和激励环产生液腔谐振，所述亥姆霍兹液态谐振腔产生的液态径向谐振频率远低于固态径向谐振频率。其中，通过固定组件对定子施加夹紧力用以固定定子移动和转动；转子部件与振动叶片间因过盈配合产生一定的预紧力来产生摩擦耦合传动，转子部件可连接螺旋桨等用于驱动的部件。进一步地，所述压电元件的高度与直径之比大于0.3，所述压电元件为一个压电陶瓷整体或者由多个压电陶瓷块镶拼而成；可实现液腔谐振频率和径向振动频率的远离。进一步地，所述压电元件与激励环之间通过热装法紧密配合且产生预紧力，或压电元件直接粘接在激励环的内壁。进一步地，所述压电元件安装在压电元件安装件中，所述压电元件安装件的外周面具有环状凹槽。进一步地，所述振动叶片为较高弹性系数的材料制成，所述振动叶片与激励环之间是一体制成、焊接或粘接中的一种方式相固定连接，通过振动叶片的椭圆运动实现对转子的驱动。进一步地，所述固定组件包括前支撑件、前端盖、后支撑件和后端盖，所述前支撑件和后支撑件为环状体，所述前端盖和后端盖为圆盘状结构，所述压电元件安装件的轴向长度小于激励环的长度，所述压电元件安装件在激励环的上下两端形成有台阶，所述前支撑件和后支撑件安装于所述台阶上，所述前端盖的外径小于后端盖的外径，所述后端盖的外径不大于转子部件的外径，所述前端盖和后端盖上均设置有尺寸相同的环形槽，所述前端盖和后端盖上设置有多个通孔，所述前端盖和后端盖通过穿过通孔的螺栓固定连接，所述激励环的上下两端安装在所述前端盖和后端盖上的环形槽中。进一步地，所述前支撑件和后支撑件为POM材质制成，用于对定子减震。进一步地，所述激励环、前支撑件和后支撑件的高度之和大于转子部件的高度。进一步地，所述振动叶片与激励环之间的切向夹角为30度到60度。进一步地，所述前端盖和后端盖上具有中空开口，所述中空开口的内径小于等于压电陶瓷安装件的内径。本专利技术相对于现有技术的技术效果是：本专利技术的压电驱动装置基于亥姆霍兹谐振腔的产生的振动，定子部件为中空的环装结构，压电元件安装在定子部件的内壁上，压电元件通电后使驱动器工作在液腔谐振模式下，在深海中其液腔谐振频率远低于径向谐振频率，而且在谐振点Q值较大，有较高的机电转换效率，有效的降低了推进器体积，提高了电能利用效率，扩大了超声电机装置的应用领域和范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置结构示意图；图2为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置定子部件剖面图；图3为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置转子部件示意图；图4为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置支撑件示意图；图5为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置端盖示意图；图6为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置振子t＝0时接触状态图；图7为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置振子t＝T/4时接触状态图；图8为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置振子t＝T/2时接触状态图；图9为亥姆霍兹谐振腔深海压电驱动装置振子t＝3T/4时接触状态图。图10为亥姆霍兹谐振腔频率关系图。附图标记说明：10.转子部件，101.螺纹孔，20.定子部件，201.振动叶片，202.压电元件，203.防水胶，204.激励环，205.压电陶瓷安装件，206.台阶，30.固定组件，301.前支撑件，302.后支撑件，303.前端盖，304.后端盖，305.螺栓，306.环形槽，307.通孔，308.中空开口，40.亥姆霍兹液态谐振腔。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术在具体实施如下：如图1-5所示，为本专利技术提供的一种基于亥姆霍兹(Helmholtz)谐振腔的深海压电驱动器装置，所述压电驱动装置可应用于全海深作业的AUV等水下微小型自主潜航器，本实施方式中，提供一种基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置，具有转子部件10、定子部件20和固定组件30，所述定子部件20包括激励环204，所述激励环204内部固定连接有压电元件202，所述压电元件202为中空环状结构，所述激励环204的外周面设置有多个振动叶片201，所述转子部件10为中空环状结构，所述转子部件10的内壁与所述多个振动叶片201之间过盈配合，即振动叶片201外径形成的直径略大于转子部件10的内径，在转子部件10内表面形成预压力，所述固定组件30安装于所述转子部件10和定子部件20的两端，所述固定组件30通过紧固件将所述定子部件20压紧，所述转子部件10的一端用于连接执行部件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置，具有转子部件(10)、定子部件(20)和固定组件(30)，所述定子部件(20)包括激励环(204)，所述激励环(204)内部固定连接有压电元件(202)，所述压电元件(202)为中空环状结构，所述激励环(204)的外周面设置有多个振动叶片(201)，所述转子部件(10)为中空环状结构，所述转子部件(10)的内壁与所述多个振动叶片(201)之间过盈配合，所述固定组件(30)安装于所述转子部件(10)和定子部件(20)的两端，所述固定组件(30)通过紧固件将所述定子部件(20)压紧，所述转子部件(10)的一端用于连接执行部件，所述定子组件(20)内部形成中空的亥姆霍兹液态谐振腔(40)，当所述驱动装置工作于液体中时，所述压电元件(202)和激励环(204)产生液腔谐振，所述亥姆霍兹液态谐振腔(40)产生的液态径向谐振频率远低于固态径向谐振频率。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置，具有转子部件(10)、定子部件(20)和固定组件(30)，所述定子部件(20)包括激励环(204)，所述激励环(204)内部固定连接有压电元件(202)，所述压电元件(202)为中空环状结构，所述激励环(204)的外周面设置有多个振动叶片(201)，所述转子部件(10)为中空环状结构，所述转子部件(10)的内壁与所述多个振动叶片(201)之间过盈配合，所述固定组件(30)安装于所述转子部件(10)和定子部件(20)的两端，所述固定组件(30)通过紧固件将所述定子部件(20)压紧，所述转子部件(10)的一端用于连接执行部件，所述定子组件(20)内部形成中空的亥姆霍兹液态谐振腔(40)，当所述驱动装置工作于液体中时，所述压电元件(202)和激励环(204)产生液腔谐振，所述亥姆霍兹液态谐振腔(40)产生的液态径向谐振频率远低于固态径向谐振频率。
2.根据权利要求1所述的基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置，其特征在于：所述压电元件(202)的高度与直径之比大于0.3，所述压电元件(202)为一个压电陶瓷整体或者由多个压电陶瓷块镶拼而成。
3.根据权利要求2所述的基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置，其特征在于：所述压电元件(202)与激励环(204)之间通过热装法紧密配合且产生预紧力，或压电元件(202)直接粘接在激励环(204)的内壁。
4.根据权利要求2或3所述的基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置，其特征在于：所述压电元件(202)安装在压电元件安装件(205)中，所述压电元件安装件(205)的外周面具有环状凹槽。
5.根据权利要求1所述的基于亥姆霍兹谐振腔的深海超声驱动装置，其特征在于：所述振动叶片(201)为高弹性系数的材料制成，所述振动叶片(201)与激励环(204)之间是一体制成、焊接或粘接中的一种方式相固定连接。
【专利技术属性】
技术研发人员：白富实，杨坤德，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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