SU635537A1 - Пьезоэлектрический двигатель - Google Patents

Description

Изо бретенле относитс  к пьезоэлектрнческим двигател м и может быть использогва .но в цеп х автоматики в качестве двигател  исполнительных механиз.мов, а также IB бытовых приборах широкого назначени .

Р1звестпы пьезоэлектрические дв)1гатели различных конструкций, в которых электрический сигнал, подводимый к пьезоэлементу статора, возбуждает Б нем механические колебани , которые через механизм ко такта пьезоэлемента с ротором передаютс  последнему и привод т его во вращение 1.

Система контакта .пьезоэлемента к рото1ру , осуществленна  в известны.х двигател х, вызывает скольжение механического контакта по поверхности ротора в .момент возератного перемещени  конца пьезоэлемента при значительном прижимающем усил П1 , что сопровождаетс  потер ми на треНЛе и приводит к снижению моторесурса и КПД двигател .,;

Известен пьезоэлектрический двигатель, содержащий ротор и статор в ВПДе . п.ьезоэлектрической пластины, иодключенной к источнику питали  и пр-ижатой одни.м своим iKOHUOM к ротору посредством пружи.ны 2.

Цел ми изобретени   вл ютс  увеличе ,Н|Ие моторесурса, рабочего момента и иовышени  КПД двигател .

Поставленные цели достигаютс  тем, что

пруж;1на соединена с упом н тым концом пластины через механ-ическпй резонатор, «зпример полый цилиндр, настроенный на обертон частоты источника питани , причем угол .между осью резонатора и плоскостью пьезоэлектрической пластичны больше 90 градусов.

На фиг. 1 схематически показаи предлагаемый двигатель; на фиг. 2 - векторна  д.; аграмма, по сн юща  его работу.

Пьезоэлектрический двигатель состо.ит 13 статора / и ротора 2, к которому пьезоэлемент 3 статора пр)1жат пружиной 4 через настроенный акхстический резонатор 5

5 в виде цилиндра с резонансом на одном из оберто-нов частоты источника ииташ1 . Одwi ..M концом пьезоэлемент 3 закреплен в статоре 1 через эластичную, например .из рези.ны. прокладку 6, а другим опираетс 

0 через наконечник 7 .на ротор. Напр желие П11тан;1  подано .на электроды 8 п 9 пьезоэлемента .

. Дл  по снени  работы устрой.ства рассмотрим силы, зоз.никающие при работе пьезоэлектрического двигател . К на.конеч5 . н.}1ку через резонатор 5 (.на фиг. 2 не показан ) пр 1ложена посто и.на  сила ОС пружины 4, вызвавша  реакцию опоры пьезоэлемента OL и их равнодействующую F,

0 лежащую в пределах угла трени  ртр, равного по определейию |i,p arctg /Стр (К-гр - коэффициент тренн  между .нако:нечн ,иком 7 и .поверхлостью ротора 2). Б отсутствие резонатора на .ротор зоздействует вращающа  сила FZ и противодейстзующа  сила трени  F. В лредложенной ко,нструкЦ:ии действует вращающа  сила F, а .противодействует сила трени  F.

Льезоэлектрический двигатель работает следующем образом.

Под вли нием лосто кной ир ижимающей силы ОС возникает реакци  в опоре пьезоэлемента OL, котора  склады.ва еь с силой ОС вызывает дормальную к поверхности ротора силу прижати  FI. Сила F складываетс  векторно с сплои f, возникшей при подключении электрического питани  к пьезоэлементу 3 и поэтому направленной вдоль его плоскости. В известном двигателе, то есть в отсутствие резонатора 5, конец этой результирующей силы 1перемещаетс  с изменением переменной силы F по пр мой DE, создава  максимальную вращающую силу FZ в точке , а в следующий полупериод - торможепие силой трени  РЗ в точке D. Размах качани  конца результирующей силы DE выбран так, что в момент соверщепп  полезной работы конец результирующей силы находитс  в пределах угла трени  ртр (точка Е), и наконечник 7 движетс  вместе с поверхностью ротора 2, толка  его. В следующий полупериод , когда конец результирующей силы вне угла трени  ( Ь) наконечник 7 скольз.ит 1ПО по,верх:ности ротора и за счет трени  тормозит его силой трени  FZ. В .пьезоэлектрическом двигателе пр:ИЖ :мающа  пружина 4 воздействует ка наконечник 7 под тупым углом ее к ПЛОСКОСТИ

пьезоэлемента 3, поэтому часть -развиваамого иьезоэЛементОМ усили  FS (f 6 а) используетс  -на раскачку резонатор-а 5, обладающего ВЫСОКОЙ добротностью и ласт роен .ного так, чтОбы его акустическое сопротивление со cTOpOiHbi нако.нечлика 7 на частоте возбул дени  было макси.мально. Вследствие этого увел.ичиваетс  -крутдзна линии перемещени  колца результирующей силы до положени  МЛ , почти периекдикул рлопо линии действи  пружины 4 ОС (при добротности резонатора, равной бесконечности , MN перпендикул рна ОС). Как видно из фиг. 2, изменение крутизнь; перемещени  коида результирующей силы .в предложен.ном дви.гателе позвол ет уве..тичпть размах ее ..и  до такого, описываемого линией MN, .положени , что противодействующей силой трени  (аила fs)

можно пренебречь, И в то же (Врем  возрастает вращающа.  сила (сила F). Таким образам, пр,ИМгененле резонатора 5. «астрое , на один 1ИЗ обертонов частоты источника интанп , а соответствующий колебаан м резоиатора с узлом колебательных скоростей на его конце, примыкающе.м к 1накои€чи.ику 7, позвол ет увеличить вращающий момент как за счет увеличени  вращающей силы F, так и уменьшени  силы трени  /-э, а также, сократив потери -на трение, увеличить КПД и моторесурс пьезоэлектрического двигател .

Пьезоэлемент 3 .двигател  изготовл ют в виде пр моугольной пластины, наиример , из титанат-цирконат-свинцовой керамики ПКД-124. На главные поверхности пластины нанос т металлические .электроды, например. вжитан:пем металлизирующей пасты и затем иол ризуют в .поле 30 кВгсм при температуре 110 С. Пзносостойкий наконечник 7, ваирпмер, из алунда 22ХС. приклеивают, например, эиоксидной смолой. Ротор изготовл ют из высокоуглеродистой стали или металлокерамичсского силава, например ВК8.

Опыт показывает, что предлагаемый пьезоэлектрический двигатель обладает более чем в два раза увеличенным моментом на валу ротора при то-м же и апр желии питани  КПД двигател  до 60%, что в полтора раза выше чем известного устройства. Моторесурс двитател  возрастает в 3 раза.

Claims (1)

1. Авторское Свидетельство .Y 217509, кл. Н 02 NM1/00, 1965.

i2. Гульт ева Л. Г., Орез А. А. Пьезоэлектрический двигатель с возбуждвш1еи ка .резонансе, Вестних КПИ, X 14. 1977.