Пьезоэлектрический реверсивный двигатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (»)661661 (61) Дополнительное к авт. свид-ву —(22) Заявлено 24.11.77 (21) 2548607/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М, Кл

Н 01 1. 41/10

Н 02 N 11/00

Государственный конетет

СССР оо делам кзооретенхй и открытей (53) УДК 537,228.1 (088.8) Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 15.05.79

Г, Т, Левченко и А. А. През (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический инст им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕВЕРСИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к пьезоэлектрическим двигателям и может быть использовано в цепях автоматики для приведения в действие исполнительных механизмов, а также в бытовых приборах широкого назначения. 5

Известны пьезоэлектрические реверсивные двигатели, содержащие электрический генератор, который возбуждает в пьезоэлектрическом статоре механические колебания, передаваемые ротору через фрикционный контакт пьезоэлемента с ротором. Последний приводится таким образом во вращение (1).

Известен пьезоэлектрический реверсивный двигатель, содержащий статор в виде пьезоэлектрических пластин, прижатых к poTîðó (2).

Недостатками известных двигателей являются низкий моторесурс и сложность конструкции.

Цель изобретения — повышение моторесурса и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что 20 пластины статора выполнены в виде, по крайней мере, двух дисков, установленных с возможностью вращения относительно их осей„наклоненных к оси ротора под углом 0, удовлетворяющим х словиям агссок(сок))(I 2к -.) К) ок))2(< а

<асссок (сок)))УТ + 2к - )(i - 2к))2(, где 1/ — угол между нормалью в точке фрикционного контакта и плоскостью дисков; к — коэффициент трения качения фрикционной пары статор-ротор.

Изобретение поясняется чертежом, k(3 котором изооражен реверсивный пьезоэлектрический двигатель.

Пьезоэлектрический реверсивный двигатель состоит из основания 1, ротора 2, статора в виде двух дисков 3, 4 из пьезопластин, закрепленных с возможностью вращения посредством водила 5 в основании 1.

Диски 3 и 4 прижаты к цилиндрической поверхности ротора подпружиненными роликами б. Генератор 7 электрически соединен через переключатель 8 реверса и щеточные контакты 9, а также через водило 5 и ролики б с электродами, нанесенными на главнь(е поверхности дисков 3 и 4. Последние закреплены на водиле 5 в эластичных, например фторопластовых, подшипниках 10. Отрезок АС; соединяющий центры дисков 3 и 4, 661661

Формула изобретения а )2(кЖаМ".м с"- Р1.= ..= :.= 2 ? .- -"=-а- М;--. <ЮФГас- .—.. ас " кк -"=.. ". к2къс с" -- "расположен под углом а к прямой ОВ, проходящей через середину указанного отрезка АС параллельно оси ОВ ротора, a углы

-между плоскостями дисков и нормалями к поверхности ротора в точке фрикционного контакта обозначены U.

Пьезоэлектрический реверсивный двигатель работает следующим образом.

От генератора 7 через йереключатель

8 реверса, щеточный контакт 9, водило 5 и ролик 6 подают напряжение на пьезоэлектрический диск 3 и возбуждают в нем за счет пьезоэффекта радиальные колебаИия с частотой f =lf/3R, где U — скорость звука в пьезокерамике, R — радиус диска.

НапряЖение на пьезоэлементы может быть также подано посредством расположенных параллельно и неконтактирующих с пьезоэлементами обкладок, т. е. через конденсаторы, образованные обкладками и электродами пьезоэлементов.

Радиальные колебания статора воздействуют на поверхность ротора 2 с переменной радиально направленной силой, которая рас кладывается на три силы: касательИую к поверхности ротора и перперпендикулярную его оси ОВ, касательную к поверхности рбтора и пая s раллельную оси Оь; нормальную к поверхности ротора.

Первая сила заставляет вращаться ротор двигателя. Вторая сила уравновешивается продольной реакцией вала, приложенной к диску 3 и вращающей его. Третья сила прижимает контактную область диска 3 к поверхности ротора 2, и в момент рабочего хода увеличивает это прижатие, что позволяет передать на ротор увеличенный рабочий момент, а в следующий полупериод колебания вычитается из постоянной силы прижатия, развиваемой роликом 6, и тем самым облеггает в этот момент проскальзывание поверхности диска 3 по поверхности ротора 2. Если угол а между осью дисков АС и осью ротора слишком велик, продольная составляющая реакции вала будет мала и не сможет преодолеть сил трения качения к диска 3 по поверхности ротора 2. По этой же причине отключенный от генератора диск 4 не будет вращаться и затормозит ротор. Если угол а будет слишком мал, вращающий момент станет недостаточным для вращения ротора.

Поэтому угол а должен удовлетворять условиям

arccos((l + 2к+Г2к cos а)2(< а <

< агссак(()((+ 2к — ) -2к)сок(((2), где угол 1 между плоскостью дисков и нормалью N к поверхности ротора рекомендуют выбирать равным 45 . Так как коэффициент трения качения для фрикционных пар из металлов и керамики не превышает 0,01, приве7(енное неравенство можно упростить, " сохранив достаточную для практики точность

45 < а С arccos(0,7K).

Когда переключатель 8 подключает диск

4 к генератору, описанный процесс повторяется, но ротор вращается в обратную сторону и увлекает за собой электрически отсоединенный от генератора диск 3.

5 Возможность в предлагаемом пьезоэлектрическом реверсивном двигателе электрического отключения дисков без механического их отведения от поверхности ротора позволяет увеличить мощность двигателя, устано10 вив несколько пар дисков. В этом случае удобно собрать диски, предназначенные для вращения в одном направлении, в отдельную обойму, распределив их равномерно по окружности ротора с упомянутым углом наклона оси каждого к оси ротора. Идентичная обойма располагается рядом с отрицательным по отношению к первой обойме углом между плоскостью дисков и нормалью и подключается к генератору при необходимости обратного вращения.

В пьезоэлектрическом двигателе благодаря вращению отключенного пьезоэлектрического диска за счет фрикционного сцепления с ротором отсутствует механический переключатель реверса, что упрощает,конструкцию, а при увеличении в десятки раз рабочей поверхности статорных пьезоэлементов повышается в десятки раз моторесурс при сохранении высокой удельной мощности.

Кроме того, благодаря равномерному истиранию кромки статора возрастает устойчивость работы двигателя, увеличиваются периоды

30 вращения между остановами двигателя на отл адку.

Пьезоэлектрический реверсивный двигатель, содержащий статор в виде пьезоэлектрических пластин, прижатых к ротору, отличаюи ийся тем, что, с целью увеличения моторесурса и упрощения конструкции, пласти40 ны выполнены в виде, по крайней мере, двух дисков, установленных с возможностью вращения относительно их осей, наклоненных к оси ротора под углом о, удовлетворяющим условиям

arccos (coo i) (I + 2к + (((-22sк)))2) < а <

4> < arccos (cosф2Г +2к- Yl - 2к))2), где 1 — угол между нормалью в точке фрикционного контакта и плоскостью дисков; к — коэффициент трения качения фрикционной пары статор-ротор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе! . Авторское свидетельство СССР № 483061, М.кл Н 01 1 41/00, 1973.

2. Заявка Франции № 2277458, М.кл. Н 02 N 11/00, 1976.

661661

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Г. Орловская

Заказ 2501/58

Составитель В. Вавер

Техред О. Луговая Корректор О Билак

Тираж 922 Подписное