Пьезоэлектрический двигатель
Изобретение предназначено для использования в составе прямых (безредукторных) приводов исполнительных устройств в автомобильной промышленности, в системах автоматики, бытовой техники и др. Пьезоэлектрический двигатель содержит ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, внешняя цилиндрическая поверхность которого заключена в оболочку, на которой установлены толкатели. Оболочка выполнена разрезной, стянутой в окружном направлении винтовой стяжкой. За счет реализации регулируемой начальной продольной деформации оболочки удалось обеспечить увеличение удельной мощности и расширение интервала рабочих температур пьезоэлектрического двигателя. 5 ил.
Изобретение относится к пьезоэлектрическим двигателям, предназначенным для работы в составе прямых (безредукторных) приводов исполнительных устройств в автомобильной промышленности (приводы стеклоочистителей, стеклоподъемников, антенн, замков дверей и т.д.), в системах автоматики, бытовой техники и др.
Известны пьезоэлектрические двигатели [1, 2]. Они включают в себя ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, одна из цилиндрических поверхностей которого заключена в оболочку, на которой установлены толкатели. Оболочка выполнена металлической и жестко закреплена на пьезоэлементе. В качестве прототипа выбран пьезоэлектрический двигатель [2], согласно формуле которого наибольшая эффективность составного осциллятора достигается при определенных параметрах пьезоэлемента и оболочки. Недостатками этого пьезоэлектрического двигателя являются следующие. Жесткое крепление на наружной цилиндрической поверхности кольцевого пьезоэлемента сплошной металлической оболочки возможно посадкой с натягом, клеевым соединением или пайкой. При соединении посадкой технически невозможно обеспечить гарантированный натяг, не снижающий существенно эффективность составного осциллятора. Вместе с тем, клеевое или паяное соединение обуславливает наличие соединительного шва, линейный размер которого в радиальном направлении многократно превышает амплитуду колебаний пьезоэлемента, а прочность его сцепления с пьезокерамикой меньше прочности пьезокерамики. Опытным путем установлено, что увеличение мощности пьезоэлектрического двигателя [2] ограничено значением предельно допустимой амплитуды колебаний пьезоэлемента, обусловленным прочностными свойствами соединительного шва между оболочкой и пьезоэлементом. Разница коэффициентов линейного расширения металлической оболочки и пьезоэлемента обуславливает ограниченность интервала рабочих температур пьезоэлектрического двигателя [2], при превышении которого резко уменьшается эффективность составного осциллятора - вплоть до полного останова. Цель изобретения - увеличение удельной мощности и расширение интервала рабочих температур пьезоэлектрического двигателя. Для этого в пьезоэлектрическом двигателе, содержащем ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, внешняя цилиндрическая поверхность которого заключена в оболочку, на которой установлены толкатели, оболочка выполнена разрезной, стянутой в окружном направлении винтовой стяжкой. Сущность предложенного технического решения состоит в реализации начальной продольной деформации оболочки, равной (или большей) сумме слагаемых, определяемых максимальной рабочей амплитудой колебаний пьезоэлемента и максимальной рабочей температурой двигателя, что обеспечивает увеличение удельной мощности и расширение интервала рабочих температур пьезоэлектрического двигателя. На фиг. 1 показан предложенный пьезоэлектрический двигатель, поперечный разрез; на фиг. 2 - варианты конструктивного исполнения винтовой стяжки. Пьезоэлектрический двигатель (см. фиг. 1) включает кольцевой пьезоэлемент 2, заключенный в оболочку 3, на которой установлены толкатели 4, упирающиеся во внутреннюю поверхность ротора 1, оболочка 3 выполнена разрезной и стянута в окружном направлении винтовой стяжкой. Винтовая стяжка (см. фиг. 1), включающая винт 5, гайку 6 и шайбу 7, обеспечивает требуемую начальную деформацию оболочки 3, передавая окружное усилие через отогнутый край оболочки 3, либо через ушко 8, припаянное (приваренное) к оболочке 3 (см. фиг. 2,а,б) или шарнирно связанное с оболочкой 3 осью 9 (см. фиг. 2,в). Пьезоэлектрический двигатель работает следующим образом. При подключении пьезоэлемента 2 к источнику электрического сигнала определенной частоты в пьезоэлементе 2 возникают продольные радиальные резонансные колебания (пульсации), которые при согласованных собственных резонансных частотах пьезоэлемента 2 и оболочки 3 с высокой эффективностью передаются в оболочку 3, а через нее - в толкатели 4, которые фрикционно взаимодействуют с ротором 1, вращают его. Положительная полуволна пульсаций внешней поверхности пьезоэлемента 2 упруго деформирует находящуюся с ним в механическом контакте оболочку 3, перемещая в радиальном направлении закрепленные на ней концы толкателей 4. Во время отрицательной полуволны пульсаций внешней поверхности пьезоэлемента 2 постоянство механического контакта между ним и оболочкой 3, как и движение в радиальном направлении закрепленных на оболочке 3 концов толкателей 4, осуществляется за счет накопленной в оболочке 3 суммарной энергии упругой деформаций (которая уменьшается с увеличением температуры составного осциллятора вследствие разницы коэффициентов линейного расширения пьезоэлемента 2 и металлической оболочки 3). Достаточность необходимого уровня суммарной энергии упругой деформации оболочки 3 во время отрицательной полуволны пульсаций пьезоэлемента 2 при известных максимальных значениях амплитуды пульсаций и температуры составного осциллятора определяется величиной начальной деформации оболочки 3, реализуемой винтовой стяжкой 5,6. Предлагаемая конструкция составного осциллятора позволяет увеличить допустимую амплитуду резонансных колебаний пьезоэлемента, что повышает удельную мощность пьезоэлектрического двигателя. Кроме того, такая конструкция обеспечивает расширение интервала рабочих температур пьезоэлектрического двигателя. Источники информации 1. Патент Великобритании N 2118374, кл. H 02 N 11//00, 1983. 2. Авторское свидетельство СССР N 1825435, кл. H 02 N 2/00, 1991.Формула изобретения
Пьезоэлектрический двигатель, содержащий ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, внешняя цилиндрическая поверхность которого заключена в оболочку, на которой установлены толкатели, отличающийся тем, что, с целью увеличения удельной мощности и расширения интервала рабочих температур пьезоэлектрического двигателя, оболочка выполнена разрезной, стянутой в окружном направлении винтовой стяжкой.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
Похожие патенты:
Пьезоэлектрический двигатель // 2122275
Изобретение относится к пьезоэлектрическим двигателям, предназначено для использования в качестве привода устройств микроробототехники и позволяет повысить надежность в работе твердотельного двигателя, осуществить совместную работу нескольких двигателей от одного источника питания переменного тока и расширить функциональные возможности устройства
Механизм перемещений // 2115995
Изобретение относится к механизмам, предназначенным для преобразования радиального перемещения пьезокерамики в линейное перемещение подвижного элемента, и может использоваться в исполнительных органах автоматических устройств
Реверсивный пьезоэлектрический двигатель // 2062545
Пьезоэлектрический двигатель // 2061296
Реверсивный вибродвигатель // 2055442
Вибродвигатель // 2050038
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим двигателям, использующим электромеханические преобразователи, и может быть использовано при разработке реверсивных вибродвигателей
Пьезоэлектрический реверсивный двигатель // 736224
Пьезоэлектрический двигатель (варианты) // 2156025
Изобретение относится к пьезоэлектрическим микродвигателям для приборов в системах автоматики, приборостроения, робототехники
Многокоординатный пьезодвигатель // 2166832
Изобретение относится к приборостроению, а именно к угловым многокоординатным вибродвигателям для навигационного оборудования, и обеспечивает вращение сфероидального ротора вокруг его центра по любой траектории
Пьезоэлектрический двигатель // 2286001
Изобретение относится к области точного машиностроения и предназначено для микро- и наноскопических перемещений различных объектов
Пьезомотор // 2556027
Изобретение относится к пьезомотору. Технический результат - улучшенная передача силы приводным пальцем на ротор. Пьезомотор содержит статор, ротор и по меньшей мере один удерживаемый статором и приводящий ротор в движение приводной палец. Приводной палец выполнен с возможностью взаимодействия по меньшей мере с одним пьезоэлементом. Свободный конец приводного пальца предназначен для перемещения прижимаемой к кольцевой поверхности ротора колодки захвата. Свободный конец приводного пальца удерживается с возможностью радиального перемещения между двумя выступами колодки захвата. Колодка захвата во время приводного движения приводного пальца прижата по меньшей мере одним пьезоактюатором в ритме приводного движения приводного пальца к ротору и выполнена с возможностью совместного поворота с пьезоактюатором соразмерно величине отклонения приводного пальца в направлении привода и обратно вокруг оси ротора. 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к многослойному пьезоэлектрическому элементу, содержащему слои пьезоэлектрического материала и электроды, включая в себя внутренний электрод, при этом слои пьезоэлектрического материала и электроды укладываются поочередно; каждый слой пьезоэлектрического материала содержит в качестве основного компонента оксид металла типа перовскита, представленный с помощью общей формулы (1), и марганец, включенный в состав оксида металла типа перовскита (Ba1-xCax)a(Ti1-yZry)O3, где 1,00≤a≤1,01, 0,02≤x≤0,30, 0,020≤y≤0,095 и y≤x (1); и содержание марганца на металлической основе по отношению к 100 весовым частям оксида металла типа перовскита составляет 0,02 весовые части или более и 0,40 весовых частей или менее. Также изобретение относится к пьезоэлектрическому элементу, головке для выброса жидкости, устройству для выброса жидкости, ультразвуковому двигателю, оптическому устройству, электронному устройству. Изобретение обеспечивает бессвинцовый пьезоэлектрический элемент, который устойчиво работает в широком диапазоне температур. 7 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 табл., 10 ил., 55 пр.
Изобретение относится к многослойному пьезоэлектрическому элементу, содержащему слои пьезоэлектрического материала и электроды, включая в себя внутренний электрод, при этом слои пьезоэлектрического материала и электроды укладываются поочередно; каждый слой пьезоэлектрического материала содержит в качестве основного компонента оксид металла типа перовскита, представленный с помощью общей формулы (1), и марганец, включенный в состав оксида металла типа перовскита (Ba1- xCax)a(Ti1-yZry)O3, где 1,00≤a≤1,01, 0,02≤x≤0,30, 0,020≤y≤0,095 и y≤x (1); и содержание марганца на металлической основе по отношению к 100 весовым частям оксида металла типа перовскита составляет 0,02 весовые части или более и 0,40 весовых частей или менее. Также изобретение относится к пьезоэлектрическому элементу, головке для выброса жидкости, устройству для выброса жидкости, ультразвуковому двигателю, оптическому устройству, электронному устройству. Изобретение обеспечивает бессвинцовый пьезоэлектрический элемент, который устойчиво работает в широком диапазоне температур. 7 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 табл., 10 ил., 55 пр.
Вращательный пьезоэлектрический двигатель // 2621712
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборах и системах автоматики, приборостроения, робототехники, авиакосмической, автомобильной отраслях. Технический результат состоит в повышении кпд, удельной мощности уменьшении габаритных размеров, возможности обратного вращения, в увеличении ресурса и надежности конструкции за счет уравновешенности конструкции и вращательно-фрикционного режима передачи момента на ротор. Вращательный пьезоэлектрический двигатель содержит неподвижный корпус, ротор с валом в подшипниковых опорах неподвижного корпуса. Внутри неподвижного корпуса коаксиально размещен подвижный корпус, который соединен с неподвижным корпусом упругими элементами. На подвижном корпусе жестко закреплены два пьезоэлемента с толкателями для прямого вращения ротора и два пьезоэлемента с толкателями для обратного вращения ротора. Пьезоэлементы с толкателями с одним направлением вращения размещены диаметрально противоположно. Источник питания пьезоэлементов с толкателями имеет один выходной канал для прямого вращения ротора и один выходной канал для обратного вращения ротора. Один из пьезоэлементов с толкателем для обоих направлений вращения подключен через фазовращатель источника питания. 2 ил.
Устройство и способ управления самочувствительным ультразвуковым пьезоэлектрическим двигателем // 2631332
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах микро- и нанопозиционирования различного назначения, замыкания контактов, системах автоматики, индикации и других. Техническим результатом является упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных показателей устройства, повышение надежности, технологичности, уменьшение трудоемкости изготовления устройства. В устройстве и способе управления самочувствительным ультрозвуковым пьезоэлектрическим двигателем управление скоростью перемещения (вращения) ультразвукового пьезоэлектрического двигателя (УЗПД) осуществляется путем регулирования частоты управляющего сигнала, используя сигнал обратной связи, получаемый от рабочих пьезоэлементов УЗПД, выполняющих функцию первичного преобразователя с помощью вторичного преобразователя, выполненного на оптопаре с резистивным выходным элементом. Способ управления самочувствительным ультразвуковым пьезоэлектрическим двигателем позволяет использовать в качестве источника сигнала обратной связи рабочие пьезоэлементы самочувствительного УЗПД для регулировки частоты управляющих сигналов, что повышает эффективность работы УЗПД при изменении климатических условий и нагрузочных усилий. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
