Пьезоэлектрический двигатель

 

1. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ , содержащий корпус, цилиндрический ротор и охватывающий его пьезбэлемент , выполненный в виде кольца , на внутренней цилиндрической поверхйости которого закреплены пластины , выполненные t упором в цилиндрическую поверхности ротора, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости вращения и КПД,он снабжен кольцом, закрепленным на корпусе и охватывающим пье оэлемент , на внешней цилиндрической поверхности пьез.оэлемента закреплены пластины, выполненные с упором во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольца. 2. .Пьезоэлектрический двигатель ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональ ых . возможностей, на пьезоэлементе закреплен второй вал, расположенный Ш соосно пьезоэлементу.

ае 08

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

MMW

РЕСПУБЛИК

5 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н OBTOPCHOMV CBMBBTMOMTBV

С а

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCl

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfNPblTPN (21) 2776527/ 18-25 (22) 05.06.79 (46) 07.11.84,3юл. Ô 41 (72) В.С.Вишневский, Ю.В.Головяшин, В.В.Лавриненко, Н.Ф.Серов, Л.И.Шинкаренко и О.Г.Юраш (53) 537.228.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 573828, кл. Н 01 L 4 1/00, Н 02 N 11/00, 1976.

2. Патент США В 3211931, кл. 310-83, опублик. 1965 (прототип) .

I (54) (57) 1 ° ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСИ4Й ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, цилиндри-ческий ротор и охватывающий его пьезоэлемент, выполненный в виде кольца, на внутренней цилиндрической поgag Н 01 L 41/08 Н 02 N 11./00 верхности которого закреплены пластины,.выполненные с упором в цилиндрическую поверхность ротора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения скорости вращения и

КПД,он снабжен кольцом, закрепленным на корпусе и охватывающим пьезоэлемент, на внешней цилиндрической поверхности пьезоэлемента закреплены пластины, выполненные с упором во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольца.

2. Пьезоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, на пьезоэлементе .. g закреплен второй вал, расположенный сооснб пьезоэлементу.

782655

Изобретение относится к электрическим двигателям вращения и может быть использовано в устройствах автоматики" H в лентопротяжных механизмах. 5

Известен пьезоэлектрический двигатель (1), содержащий два соосно расположенных цилиндрических пьезо-.."; элемента, фрикционно взаимодействующих между собой по цилиндрическим 10 поверхностям, один из которых является статором, а другой — ротором.

Для создания вращения в пьезоэлементах возбуждают взаимно перпенди-. кулярные колебания, поэтому колеба- I5 ния одного из них перпендикулярны поверхности другого и проходят из одного тела в другое, почти без отражения (при примерно одчнаковом волновом сопротивлении материалов). Это приво- 20 дит к потере акустической энергии одного из пьезоэлементов и как след-—

1ствие к снижению КПД.. Другим недос. татком является низкая скорость вращения, задаваемая диаметрами цилиндрических поверхностей, взаимодействующих между собой.

Известен также пьезоэлектрический двигатель, содержащий корпус, .цилиндрический ротор и охватывающий его пьезоэлемент, . выполненный в виде кольца, на внутренней цилиндри.ческой поверхности которого закреплены пластины, выполненные с упором в цилиндрическую поверхность ротора (2) .

Недостатком известного пьезоэлектрического двигателя являются, низкие

КПД и скорость вращения.

Целью изобретения является увели40 чение скорости вращения и КПД, а также расширение функциональных возможностей пьезоэлектрического двигателя.

Поставленная цель достигается тем,45 что пьезоэлектрический двигатель, содержащий цилиндрический ротор и охватывающий его пьезоэлемент, выполненный в виде кольца, на внутренней цилиндрической поверхности которого закреплены пластины, выполненные с упором в цилиндрическую поверхность ротора, снабжен кольцом, закрепленным на корпусе и охватывающим пьезоэлемент. На внешней цилиндрической 55 поверхности пьезоэлемента закреплены пластины, выполненные с упором во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольца. На пьезоэлементе закреплен второй вал, расположенйый соосно пьезоэлементу.

На чертеже показан предложенный двигатель.

Пьезоэлектрический элемент 1 вынолнен в виде полого цилиндра — кольца. Целесообразно его толщину выбирать меньше ширины кольца, что позволяет расположить на его плоскостях электроды 2 (второй электрод аналогичен первому и на черт. не показан).

Пьезоэлемент 1 выполнен из пьезокерамического материала, например

ЦТС-19, и поляризован по толщине.

Подключается он к источнику питания (на черт. не показан) через скользящие контакты 3. На внешней цилиндрической поверхности пьезоэлемента 1, Э например под углом 90 к ней закреплены тонкие пластины 4 из упругого материала, например стали. Крепление их осуществлено перпендикулярно плоскостям пьезоэлемента. Такие же пластины 5 аналогично закреплены на внутренней поверхности пьезоэлемента 1.

Пьезоэлемент 1 HJIBcTHHBMH 4 H 5 о6 разует осциллятор продольных колебаний.

Пьезоэлемент 1 охватывает кольцо

6, выполненное из твердого сплава, а внутри пьезоэлемента 1 расположен ротор 7, выполненный также из твердого сплава. Кольцо 6 закреплено на корпусе (показан штриховкой) .

На корпусе двигателя закреплен также упорный подшипник 8, в котором установлен вал 9 с закрепленным на нем ротором 7. На валу 9 установлен с возможностью вращения второй вал

10, который через стержни 11 закреплен на пьезоэлементе 1. Таким образом, все подвижные элементы зафиксированы в осевом направлении за счет упорного подшипника 8.

Выступающая часть пластины 4 и 5 больше ширины .зазора между кольцом

6, пьезоэлементом 1 и ротором 7.

Поэтому при сборке пластины 4 и 5 изгибаются и устанавливаются наклонно с напряжением относительно цилиндрических поверхностей, в которые они упираются.

При подключении источника питания, например, с частотой, равной или близкой к частоте продольного резонанса по ширине кольца пьезоэлемента, к токосъемникам 3 и через них к з. ек

782655 родам 2 в пьезоэлементе 1 возбуждаются продольные колебания, которые ответвляются в пластины 4 и 5, Продольные колебания этих пластин вызывают силы отталкивания их от цилиндрических поверхностей кольца 6 и ротора 7.,Эти силы направлены под углом, под которым пластины упираются в цилиндрически поверхности. Их тангенциальные составляющие создают моменты вращения осциллятору и, следовательно, пьезоэлементу 1 и ротору 10 пьезоэлемента 1 момент вращения передается стойкам ll к ротору 10 . От ротора .7 момент вращения передается валу 9 который вращается в подшипни— ке 8

При установке пьезоэлемента вбзможны два основных варианта. Пластины 4 и 5 наклонены к цилиндрическим поверхностям так, как показано на чертеже. В этом случае роторы 10 и 7 вращаются в одном направлении.

При этом скорость ротора 7 равна сумме угловых скоростей пьезоэлемента 1 относительно кольца 6 и ротора 7 относительно пьезоэлемента 1. Таким образом, B предложенном вибродвигателе увеличена скорость вращения.

Ъ

Если изменить угол наклона, например, пластин 5, на противоположный, то в этом случае роторы 10 и 7 будут вращаться в противоположных направлениях. При сборке это осуществляется путем вкручивания пьезоэлемента 1 между кольцом 6 и зажатым ротором 7.

В обоих случаях наблюдается уве личение КПД, так как съем акустической энергии происходит как с внешней, так и с внутренней поверхностей пьезоэлемента,.что увеличивает согласование осциллятора (пьезоэлемента 1) с нагрузкой.

Предложенный пьезоэлектрический двигатель обладает повышенным КПД, что позволяет снизить температурный режим работы пьезоэлемента, что, в свою очередь позволяет перейти на широко распространенный дешевый пьезоматериал ТБК-З.

Наличие двух роторов, вращающихся с различными скоростями, расширяет функциональные возможности устройства, позволяет исключить редукторы, приводящие к снижению КПД и увеличению уровня шумов.

782655

Редактор Л.Утехина Техред Л.Иикеш

Корректор С.Шекмар

Заказ 8905/1 . Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4