Пьезоэлектрический двигатель

 

()635537

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ...@ -Ф

1-1 с . В Я, (61) Дополнительное зс авт. свид-зу— (22) Заявлено .19.05.77 (21 j 2487925. 18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приор лтет— (43) Опубликовано 30.11.78. 5юллетень М 44 (45) Дата опубликован:1я оп IcBния 30.11.78 (01) Л!.Кл.2 К 01 Ь 41/10

Н 02 iV 11/00

1осудар стеенный комитет (53) XгД1х 537 228 1 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Г Т. Левченко и А А. През

Киевский ордена Ленина политехнический институт имени 50-летия Великой Октябрьско" социалрстическойреволюции - * 1 . . I л ° .

1 1 I g ii

1 1

Ы Й Б .1 11 0 1 1:. 4 4 (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГ

Изобретение относится к пьезоэлектрическим двигателям и может быть использо.вано в цепях автоматики в качестве двигателя исполнительных механизмов, а также в бытовых приборах широкого назначения.

Известны пьезоэлектрические двигатели различных конструкций, в которых электрический сигнал, подводкмый к пьезоэлементу

cTBòîðà, возбуждает в нем механические колебания, которые через механизм контакта пьезоэлемента с ротором передаются последнему и приводят его во вращечие 11).

Система контакта пьезоэлемента к рото,ру, осуществленная в известных двигателях, вызывает сколь кение механического коH- 15 такта по поверхности ротора в момент возвратного перемещения конца пьезоэлемента при значительном прижимающем усилии, что сопровождается потерями на трение и приводит к сНН кению моторесурса и 20

КПД двигателя.

Известен пьезоэлектрический двигатель, содержащий ротор и статор в виде пьезоэлектрической пластины,,подключенной к источни1су питания п прижатой одним своим 25 сконцом к ротору посредством пружины (2).

Целями изобретения являются увеличе,H1lc IoToppcópñB, рабочего момента и повышения КПД двигателя.

Пос1авлснные цели достига отся тем, что 3î вруж:1на соед1гнена с упомянутым концом пластины через механл1ческий резонатор, например полый цилиндр, настроенный ча обертон частоты источника питания, причем угол межд1 001.10 резОнатОра сн плосl ОстьlО пьезоэлекTI.II I e-кой пластисны больше 90 градусоз.

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый двигатель; на фиг. 2 — векторная д;1аграмма, поясняющая его работу.

Пьезоэлектрический двигатель состоит из статора / и ротора 2, к которому пьезоэлемент 8 cTBTo;: прижат пружиной 4 череВ HBcTpocHHbIÉ ак, стический pcBOHBTOp 0 в виде цилиндра с резонансом на одном из обеэтонов частоты источника питания. Одним ко-I 10м пьезоэлемент 8 закреплен в

:статоре 1 через эластичную, например из рези,ны. прокладку 6, а другим опирается через:1 а к 0 н е ч н и к 7 н а p 0 T o p . 1 а и р 11 ис е н и е и lTBH1гя подано на электроды 8 и 9 пьезоэлемента.

Для поясне:-1ия pBOÎTbl уcTpoIIcTBB рВссмотрим с! Iлы, возникающие при раооте иьезоэлектрического двигателя. К:IBконечнику че ез резонатор 0 (на фиг. 2 нс показан) пр11ложена постоянная сила ОС пр .ж IHbl, вызвавшая реакцию опоры пьезоэлемеHTB OL u их равнодействующую FI, л жа;ц",1о H пределах угла трения р,р, рав635537 ного по опреде l&HIIIQ p р — — агс1 K p (К,р — коэффициент трения между,наконечнлком 7 и поверхностью ротора 2). H отсутствие резонатора на ротор зоздействует вращающая сила F2 и противодейстзующая сила трения F3. В .предложенной конструкции действует вращающая сила F4, а противодействует сила трения F,.

Пьезоэлектрический двигатель рабoòoeò следующим образом.

Под влиянием постоянной прижимающей силы ОС возникает реакция в опоре пьезоэлемента OL, которая складываясь с силой ОС вызывает .нормальную к поверхности ротора силу прижатия F, Сила F, 15 складывается векторно с силой Е, возникшей при подключении электрического питания и пьезоэлементу 8 и поэтому направленной вдоль его плоскости. В известном двигателе, то есть в отсутствие резонатора gp

5, конец этой результирующей силы перемешается с изменением переменной силы F no прямой DE, создавая максимальную врашаюшую силу F, в точке Е, а в с1едуюши!::. г.олупериод — торможение силой трения Г1 25 в точке D. Размах качания конца результирующей силы DE выбран так, что B моме: г совершения полезной работы конец результирующей силы находится в пределах угла трения Р» (точка Е), и наконечник 7 30 движется вместе с поверхностью ...отора 2, толкая его. В следующий полупериод, когда конец результируюшей силы вне угла трения (точка О) наконе:- ник 7 скользит по поверхности ротора и за З5 счет трения тормозит его силой трения

Fz. В,пьезоэлектрическом двигателе прижимающая пружина 4 воздействует на наконечник 7 под тупым углом а к плоскости пьезоэлемента 8, поэтому часть развиваемого пьезоэлементом усилия F6 (Fr,=Fс:оэ r.r) используется на раскачку резонатора 5, 00ладаюшего высокой добротностью lf .настроенного так, чтобы его акустическое сопротивление со стороны наконечника 7 на ча- 45 стоте возбуждения было максимально.

Вследствие этого увеличивается,крутлзна линии перемещения конца результиру:ошей силы до положения МЛ, почт:. перпендикулярного линии действия пружины 4 GC 50 (ПРИ ДОбРОтНОСтИ РЕЗОНатОРа, РаВ:-гой ОЕСКОнечности, ЛИ перпендикулярна ОС, . Как видно из фиг. 2, изменение крутизнь: перемещенля конца результирующей силы в гг предложенном двигателе позволяет уве,-.ичить размах ее качания до такого, описываемого линией МЛ, положения, что протигодействующей силой трения (сила Е,) можно прекеоречь, и в то же время возрастает врашаюшая сила (сила F4). Таким образом, применение резонатора 5, настроенного на один пз обертонов частоты источника, питания, а именно соответствующий колебаниям резонатора с узлом колебательных скоростей на его конце, примыкающем к наконечнлку 7, позволяет увеличить ВрВшаюший момент как за счет уве.1ичечия вращающей силы F4, так и уменьшения силы трения F;, а также, сократив, потери на трение, увеличить КПД и моторесурс пьезоэлектрического двигателя.

Пьезоэлемент 3 двигателя изготовляют в виде прямоугольной пластины, например, из титанат-цирконат-свинцовой керамики ПКД-124. На главные поверхности пластины наносят металлические электроды, например, вжиганием металлизиру ошей пасты и затем поляризуют в поле 30 хВ:с.и прц температуре 110= С.

Износостойкий наконечник 7, например, из алунда 22." С. приклеивают, например, эпоксидной смолой. Ротор лзготовляют из высокоуглеродпстой стали II;ll(металлокерам,ич=-.кого сплава, IHBIlplfi BI(8.

Опыт показывает, что предлагаемый пьезоэлектрический двигатель обладает более чем в два раза уве1иченным моментом

HB Валу pi010p3 при TOм же напр яжени .I питания КПД двигателя до 60",о, что в полтора раза выше чем,известного устройства.

Моторесурс двигателя возрастает в 3 раза.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический двигатель, содержащий,ротор и статор в,виде пьезоэлектрической пластины,,подключекной к,источнику питанля и прижатой одним своим концом к ротору посредством;пружины, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения моторесурса, рабочего момента и повыше;-гия

КПД двигателя, пружина соединена с упо:мянутым концом пластины через механический .резонатор, например полый цилиндр, настроен|ный на обертон частоты источника питания, причем угол, между осью резонатора и плоскостью пьезоэлектрической пластины больше 90 градусов.

Источники, информации, принятые,во внимание прп экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 217509, кл. Н 02 IXI 11r 00, 1965.

2. Гультяева Л. Г., През A. А. Пьезоэлектрический двигатель с возбуждением

На резонансе, Вестник КПИ, ¹ 11. 1977. б35537

Р )л 2

Составитель В. Вавер

Текред С. Антипенко

Редактор Н. Коляда =,с-, ректор И. Симкина

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 844/1264 Пзд, в Т50 Тираж 922 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )К-35, Ратшская наб., д. 4/5