Пьезоэлектрический двигатель

 

Использование: в лентопротяжных механизмах и в других приводах повышенного ресурса, допускающих периодические регламентные ремонтные работы. Пьезоэлектрический двигатель содержит коаксиально расположенные ротор и статор, включающий по меньшей мере один пьезоэлемент в форме диска с отверстием, с электродами и поляризацией для возбуждения радиальных колебаний, и упругие пластины - толкатели, прижатые одним концом к ротору. В двигатель введено по меньшей мере одно свободно установленное относительно пьезоэлемента кольцо из звукоизолирующего материала с радиальными пазами, высота которых меньше ширины толкателей, внутри пазов свободно установлены другим концом толкатели, прижатые к плоской поверхности пьезоэлемента посредством запорной шайбы и кольцевой пружинящей прокладки, установленной между крышкой корпуса и запорной шайбой. Кроме того, возможно совмещение запорной шайбы с одним из пьезоэлементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л G

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОЬРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4943363/25 (22) 15.04.91 (46) 07.04.93. Бюл, N. 13 (71) Киевский филиал Совместного предприятия "РИДА" Научно-производственного центра "Детская микрохирургия" (72) В.С.Коваль и В.В,Лавриненко (56) Патент США М 4210837, кл, Н 01

41/10, 1980, Заявка PCT N 88/06816, кл. Н 02 N 2/00, 1988. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ(57) Использование: в лентопротяжных механизмах и в других приводах повышенного ресурса, допускающих периодические регламентные ремонтные работы. Пьезоэлектрический двигатель содержит коаксиально расположенные ротор и статор, включаюИзобретение относится к области пьезотехники, а именно к пьезоэлектрическим двигателям, и может быть использовано, например, для привода лентопротяжных механизмов и s других приводах повышенного ресурса, допускающих периодические регламентные ремонтные работы.

Цель изобретения разработка такой конструкции пьезоэлектрического двигателя с преобразованием энергии через толкатели, которая бы исключала необходимость распайки толкателей. т.е. цель изобретения — снижение трудоемкости изготовления пьезоэлектрических двигателей, облегчение процессов автоматизации их сборки и повышение среднестатистической надежности, а также обеспечение ремонтоспособности осцилляторэ при периодических регламентных работах.

„„. Ж„„1807548 А1 (я)5 Н 02 N 2/00. Н 01 1 41/09 щий по меньшей мере один пьезоэлемент в форме диска с отверстием, с электродами и поляризацией для возбуждения радиальных колебаний, и упругие пластины — толкатели, прижатые одним концом к ротору, В двигатель введено по меньшей мере одно свободно установленное относительно пьезоэлемента кольцо из звукоизолирующего материала с радиальными пазами, высота которых меньше ширины толкателей, внутри пазов свободно установлены другим концом толкатели, прижатые к плоской поверхности пьезоэлемента посредством запорной шайбы и кольцевой пружинящей прокладки, установленной между крышкой корпуса и запорной шайбой. Кроме того, возможно совмещение запорной шайбы с одним из пьезоэлементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

На фиг, 1 показано устройство пьезоэлектрического двигателя; на фиг. 2 и 3— варианты выполнения фиксирующего кольца соответственно для двигателя с внутрен- ОО ним расположением ротора и внешним ( (охватывающим пьезоэлемент и толкатели) с ротором (ротор на чертежах не показан). (Л

Пьезоэлектрический двигатель содер- д„ жит установленный в подшипниках вращения 10 ротор 2, установленный внутри отверстий трех пьезоэлементов 3 — 5. Между пьезоэлементами 3 и 4. а также 4 и 5 свободно (с воэможностью осевого перемещения) расположены фиксирующие кольца 6 и 7, выполненные из теплостойкого органического материала — карболита, АГ-4 и т,д, Фиксирующие кольца имеют радиальные с пазы. в которые вставляется одна или несколько пластин-толкателей 9. Упираясь в

1807548 дно r аза, толкатели фиксируются по радиусу в осевом направлении. Другим концом они наклонно (под одинаковым углом) упираются в цилиндрическую поверхность ротора 2.

Для взаимной центровки пьезоэлементов фиксирующие кольца имеют проточки относительно внешнего(фиг. 1 и 2) или внутреннего (фиг. 3) диаметра пьезоэлемента.

Центровка пьезоэлементов 3-5 относительно корпуса двигателя 1 осуществляется пластмассовым кольцом 12. Прижим толкателей к плоской поверхности пьезоэлемента осуществляется кольцевой пружиной 13 из пористой резины. На фиг. 1 она показана в сжатом состоянии. Прижим также можно осуществлять кольцевой стальной пружиной через звукоиэолирующую прокладку, например, из резины.

Пружинное кольцо упирается в крышку

14 корпуса 11, в центральной части которой установлен капроновый подпятник 15.

Для ясности на чертеже показано конструктивное выполнение фиксирующего кольца (фиг. 2, а) и форма толкателя (фиг 2, б) для двигателя показанного на фиг. 1. Пластина толкателя имеет расширенную часть (фиг. 2, б) в том месте, где толкатель прижат к пьезоэлементу. Как и при напайке толка1 телей эта часть примерно равна от — до

4 — длины толкателя. Зазор между пьеэоэле1

6 ментом и толкателями необходим для свободного изгиба толкателя при установке ротора .

В случае, если ротор охватывает пьезоэлемент, то есть для двигателя с внешним ротором, пластина толкателя выполняется без расширения, при этом пазы для толкателей выполняются снаружи фиксирующего кольца, как показано на фигуре 3. Диаметр фиксирующего кольца 6 выбирается равным диаметру пьезоэлемента б, В рассмотренной конструкции пьезоэлектрического двигателя использованы три пьезоэлемента. Количество пьезоэлементов принципиально не изменяет работу двигателя. Очевидно, что чем больше пьезоэлементов, тем больше мощность на валу двигателя.

В показанной на фиг. 1 конструкции двигателя запорная шайба совмещена с пьезоэлементом 5, В конструктивном отношении это выгодно, если число пьезоэлементов больше одного, Для одного пьезоэлемента опорную шайбу, роль которой в данном случае играет обесточенный пьезоэлемент 4 следует выполнить иэ упругого композиционного материала, например, из стеклопластика или пресс-материала Аà — 4, На фиг, 1 показано последовательное электрическое включение пьезоэлементов через выводы 16. Поляризация при этом всех пьезоэлементов направлена в одну сторону. Такое включение рассчитано на увеличение входного сопротивления пьезоэлектрического двигателя. При необходимо"0 сти. уменьшения входного сопротивления двигателя все пьезоэлементы соединяются параллельно, при этом направление поляризации Р двух соседних пьезоэлементов должно быть противоположным.

Пьезоэлектрический двигатель работает следующим образом.

При подключении выводов 16 к источнику переменного напряжения (источник на чертеже, не показан) с частотой, равной ре20 зонансной частоте радиальных колебаний, в пьезоэлементах 3 — 5 возбуждаются упругие механические колебания, которые возбуждают продольные по длине колебания в толкателях 9, Эти колебания на концах наклонно упертых в ротор 2 толкателей 9 вызывают вращение ротора, Фиксация возбужденных толкателей 9 осуществляется фиксирующими кольцами 6 и 7, препятствующими сме30 щению толкателей как назад, так и вбок, Цилиндрические проточки на кольцах 6 и 7 препятствуют осевым смещениям пьезоэлементов 4 и 6 относительно пьезоэлемента 3, который зафиксирован относительно

35 корпуса 1 фиксирующим кольцом 12. Смещению ротора в осевом направлении препятствует капроновый подпятник 15, установленный на крышке 14, корпуса 1.

В процессе регламентных работ двига40 тель разбирается и в пазы фиксирующих колец 6 и 7 устанавливают новые толкатели

9 взамен изношенных, В условиях производства выполнение этой операции не требует высокой квалификации и легко

45 автоматизируется.

Изменение глубины пазов, использование внешнего расположения толкателей, варьирование диаметра ротора позволяет уже на этапе проектирования выбрать ско50 рость двигателя в том же диапазоне, что и скорость прототипа. Фрикционная связь толкателей с пьезоэлементом, поддерживаемая пружиной 13, практически абсолютно надежна, что выгодно отличает этот способ

55 передачи колебаний от пьезоэлемента к толкателям, ранее осуществлявшийся посредством распайки. Отсутствие микротрещин, возникавших при распайке пьезоэлементов, в несколько раз увеличивает мощность двигателя. Значительно; ень1807548 шаются требования к адгезии электродов, что позволяет успешно применять медные или никелевые электроды вместо серебряных.

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрический двигатель, содержащий коаксиально расположенные в корпусе ротор и статор, включающий по крайней мере один пьезоэлемент в форме диска с отверстием, с электродами и поляризацией для возбуждения радиальных колебаний, и упругие пластины-толкатели, прижатые одним концом к цилиндрической поверхности ротора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения стоимости ремонта двигателя при условии сохранения области его рабочих частот для заданного типоразмера пьезоэлемента, в него введено по крайней мере одно свободно установленное относительно пьезоэлемента кольцо из звукоизолирующего материала с радиаль5 ными пазами, высота которых меньше ширины толкателей, внутри пазов свободно установлены другим концом толкатели, прижатые к плоской поверхности пьезоэлемента посредством запорной шайбы и

10 кольцевой пружинящей прокладки, установленной между крышкой корпуса и запорной шайбой, 2, Двигатель по и. 1, отличающийся тем, что в качестве звукоизолирующего ма15 териала использован карболит, 3, Двигатель по пп. 1 и 2. о т л и ч а ю щ ий с я тем, что запорная шайба совмещена с одним из пьезоэлементов.