Пьезоэлектрический двигатель

 

Использование: в устройствах автоматики , системах управления, контроля, робототехнических комплексах и т.д. Пьезоэлектрический двигатель содержит ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, одна из цилиндрических поверхностей пьезоэлемента заключена в оболочку, на которой устанавливаются толкатели. За счет согласования собственных резонансных частот пьезоэлемента и оболочки удалось обеспечить требуемую добротность составного осциллятора и тем самым повысить КПД пьезоэлектрического двигателя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН<ЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

>» - 0ВЗИМ йеИ41,".„ - . -" ццррц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4943367/25 (22) 23.04.91 (46) 30,06.93. Бюл. N. 24 (75) С.Ф.Петренко и Ю.В.Головяшин (73) С.Ф.Петренко (56) Авторское свидетельство СССР

N 782655, кл. Н 01 L41/09. 1 979.

Заявка Великобритании

М 2118374, кп. Н 02 N 11/00, 1983. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование; в устройствах автоматики, системах управления, контроля, робоИзобретение относится к пьезоэлектрическим приводным двигателям, предназначенным для работы в устройствах автоматики, системах управления, контроля, робототехнических комплексах и т.д.

Целью изобретения является повышение КПД ПД эа счет согласования собственных резонансных частот кольцевой оболочки и пьезоэлемента.

Поставленная цель достигается тем, что в ПД, содержащем ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, одна из цилинд- . рических поверхностей которого заключена в оболочку, на которой установлены толкатели, параметры пьезоэлемента и оболочки связаны соотношением (бвнутр +овнев + 21) fp 2mtC, (1) de б

t-1,2-0,33 — " для — "- <0,6, de em 4внев

„„Я3 „„1825435 А3 (sl)s Н 02 N 2/00, Н 01 1 41/09 тотехнических комплексах и т.д. Пьезоэлектрический двигатель содержит ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, одна из цилиндрических поверхностей пьезоэлемента заключена в оболочку, на которой устанавливаются толкатели. За счет согласования собственных резонансных частот пьезоэлемента и оболочки удалось обеспечить требуемую добротность составного осциллятора и тем самым повысить

КПД пьезоэлектрического двигателя. 2 ип.

dO8í для = 0 6 овнеш

ГДЕ бвнУтР, дене в — ВНЕШНИЙ И ВНУтРЕННИй диаметры оболочки;

1 — глубина нарезного паза в оболочке;

С вЂ” скорость звука в оболочке;

1р" — резонансная частота на первой моде радиальных колебаний пьезоэлемента;

m — номер моды радиальных колебаний оболочки, причем знак "+" соответствует внутренней оболочке, а знак "- внешней.

Опытным путем установлено, что наибольшая эффективность составного осциллятора достигается nри строго определенной толщине оболочки (с учетом ее жесткого крепления к пьезоэлементу), которая варьировалась в пределах единиц миллиметра (a не десятков миллиметров, как в прототипе).

Наибольшая эффективность наступает тогда, когда резонансная частота на первои моде радиальных колебаний пьезоэлемента

1825435 соответствует(с учетом поправочного коэффициента t) резонансной частоте радиальных колебаний оболочки.

Для случая радиальных колебаний оболочки справедливо соотношение

fo — Со

p—

2m где fð — резонансная частота оболочки. о

Однако данное соотношение справедо ливо для случая — "- Р- --т 1. При минимибвн о бенеш эации ПД, и как следствие — оболочки, это соотношение выполняется с учетом поправочного коэффициента, экспериментально установленная зависимость которого имеет вид

do do

t=1,2-0,33 — - для — -"- - »- <0,6 бенеш бенеш р о . для еН )0.6 о бенеш

Тогда соотношение для радиальных колебаний оболочки преобразуется в если в оболочке сделаны пазы и толкатели устанавливаются на звукоизоляционный компаунд для уменьшения уровня шума, тогда вводится поправка 21, поскольку по контуру на глубину толкателя звуковая волна не распроЬраняется (фиг. 1).

При этом соотношение для заданных колебаний оболочки преобразуется в

fo =Со

p—

Заменив в данном соотношении fpo на

fp" (режим резонансного согласования), получим требуемое соотношение.

На фиг. 2 приведена схема ПД на основе составного осциллятора. Она включает кольцевой пьезоэлемент, заключенный.в оболочку, на которой установлены толкатели, упирающиеся во внутреннюю поверхность ротора.

Работает ПД следующим образом.

При подключении пьезоэлемента к источнику внешнего возбуждения в нем возникают акустические . радиальные резонансные колебания на частоте fp". 3a счет резонансного согласования радиальных частот пьезоэлемента и оболочки эти колебания практически беэ ослабления пе5 редаются в оболочку, а через оболочку — в толкатели, которые фрикционно взаимодействуют с ротором, вращают его.

Составной осциллятор выполнен на основе керамики ЦТБС-3 с бенеш"=28 мм, 10 fp"-57 кГц. Оболочка выполнена из стали

20Х вЂ” 1З,Со=5250 м/с. Толкатели установлены в пазы оболочки и закреплены с помощью компаунда на основе эпоксидной смолы. Поскольку такой компаунд является

15 хорошим эвукопроводящим материалом (С 5000 м/с), наличием пазов можно npek небречь. Для внешней оболочки бвнутр о — — 1, тогда для m=1 (основной моды)

20 бвнеш для бенеш получаем о о 2С о бвнеш = бвнутр = 30,6мм . л-ф

25 а толщина оболочки равна о 9 — — "- » -1 3 мм. бенеш бвн

2.

Использование предлагаемого устройства позволит более чем в три раза повысить мощность ПД с сохранением прежнего ресурса и открывает возможности для создания микропьезодвигателей на пьезошайбах

35 20,12. 10мм ит.д.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический двигатель, содер0 жащий ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, одна из цилиндрических поверхностей которого заключена в оболочку, на которой установлены толкатели, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

45 КПД пьезоэлектрического двигателя эа счет согласования собственных резонансных частот пьезоэлемента и оболочки, параметры пьезоэлемента и оболочки связаны соотношением

50 г(бвнутр +бенеш + 2l) fp =2mtC, о о . п о для внутренней оболочки, (бвнутр бенеш - 2 ) fp 2п1«Со, для внешней оболочки, 1825435

4о 4о с-(1,2-0,33) — - для — — " Р (0,8

4внеш 4внеш

I — глубина нарезного под толкатель паза в оболочке; о

С вЂ” скорость звука в материале оболочки;

5 fp — резонансная частота на первой моде радиальных колебаний пьезоэлемента;

m — номер моды радиальных колебаний оболочки, 4о

t 1 для . " - = 0.6, 4внеш где 4внеш, денут — внешний и внутренний о о диаметры оболочки;

Внут еиняя п1агююа (вольная оболочка на оа

nwne оюлис

Леечка

Лиззи иетп йьг. 2

Составитель С.Петренко

Техред М.Моргентал Корректор С.Пекарь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2235 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5