Высокоэкономичный пьезоэлектрический привод
Сущность изобретения: высокоэкономичный пьезоэлектрический привод, содержащий корпус, в котором установлен тонкостенный пьезоэлектрический цилиндр, электроды, возбуждающие резонансные изгибные колебания, содержит, по меньшей мере, два многослойных цилиндра, защищенных гибкими износостойкими оболочками и установленных в корпусе. При этом многослойные цилиндры собраны между собой путем вставки их друг в друга, с возможностью колебания поочередно выпукло-вогнуто один относительно другого, изменяя этим межцилиндровый объем, заполненный веществом в виде жидкости или воздуха. Вещество в виде жидкости или воздуха, приведенное в режим гидравлического удара в комплексе с гидравлическим тараном или сверхзвуковой скоростью воздуха, обеспечивает сверхтекучесть вещества в виде жидкости или воздуха. Кроме этого, в предлагаемом устройстве обеспечена конструктивно долговечность привода при резонансе системы, обеспечивающей сверхпроводимость, которая с многослойными цилиндрами создает минимальное потребление напряжения для возбуждения и протекания максимального тока. Главным достоинством привода является то, что обеспечивается высокая экономичность, передача значительных усилий и перемещений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к пьезоэлектрическому приводу, может найти применение при работе с двигателями высокоэкономичными, экологически чистыми, холодными.
Известен пьезоэлектрический резонатор (патент РФ 1419481), содержащий корпус, выпукло-вогнутые пьезоэлектрические пластины, возбуждающие электроды и отверстия в корпусе для заполнения внутреннего объема резонатора жидкостью.
Недостатками известного устройства является способность осуществления малых перемещений и передачи малых усилий: во-первых, из-за выполнения выпукло-вогнутых пьезоэлектрических пластин в форме эллипсоидов, это обеспечивает малые площади поверхности и как следствие - невысокую производительность и объем; во-вторых, низкая экономичность в виду большого потребления электроэнергии.
Наиболее близким и принятым за прототип к заявляемому устройству является гиропреобразователь (В.В.Малов. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергоатом, 1968, с.212-213 - прототип), содержащий тонкостенный пьезоэлектрический цилиндр, электроды возбуждения, обеспечивающие создание резонансных изгибных колебаний цилиндра.
К недостаткам известного технического решения можно отнести то, что в известном приводе происходят малые перемещения и передаются незначительные усилия.
Заявляемое техническое решение направлено на устранение вышеуказанных недостатков известного устройства. От его использования может быть получен следующий технический результат: получение замкнутого автономного энергетического комплекса в результате применения пьезоэлектрического привода значительных усилий и перемещений в сочетании с гидравлическим материалом, например жидкостью, воздухом, и использования его с экологически чистым двигателем. Параметры привода зависят от характеристик материала пьезокерамических пластин.
Это достигается за счет того, что высокоэкономичный пьезоэлектрический привод, содержащий корпус, в котором установлен тонкостенный пьезоэлектрический цилиндр, электроды, возбуждающие резонансные изгибные колебания, содержит, по меньшей мере, два многослойных цилиндра, защищенных гибкими износостойкими оболочками и установленных в корпусе. При этом многослойные цилиндры собраны между собой путем вставки их друг в друга, с возможностью колебания поочередно выпукло-вогнуто один относительно другого, изменяя этим межцилиндровый объем, заполненный веществом в виде жидкости или воздуха. Вещество в виде жидкости или воздуха, приведенное в режим гидравлического удара в комплексе с гидравлическим тараном или сверхзвуковой скоростью воздуха, обеспечивают сверхтекучесть вещества в виде жидкости или воздуха. При этом система работает как двигатель (насос, компрессор) - генератор. С целью уменьшения сил трения между стенками цилиндров и веществом в виде жидкости или воздуха, уменьшения температуры при сжатии воздуха (если вещество - воздух), получения значительной производительности и увеличения КПД диаграммы цикла при давлении в предлагаемом устройстве обеспечена конструктивно долговечность привода при резонансе системы, обеспечивающий сверхпроводимость, которая с многослойными цилиндрами создает минимальное потребление напряжения для возбуждения и протекания максимального тока. А при возвращении системы в исходном состоянии с высоким экономическим КПД, привод вырабатывает электроэнергию в систему. При этом система работает как двигатель (насос, компрессор) - генератор. Главным достоинством привода является то, что обеспечивается высокая экономичность, передача значительных усилий и перемещений и в сочетании с гидравлическим тараном (вещество - жидкость) и с экологически чистым двигателем преобразуется в замкнутый автономный энергетический комплекс, с минимальными тепловыми потерями энергии и без выбросов выхлопных газов в окружающую среду.
Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами:
на фиг 1 - привод, общий вид;
на фиг.2 - схема рабочих циклов.
Позиции на фигурах обозначают: блок управления 1; электроды 2; цилиндр 3; гибкие, износостойкие оболочки 4; впускной клапан 5; выпускной клапан 6; корпус 7; крышка 8; прокладка 9; трубопровод 10.
Привод состоит из корпуса 7, крышек 8, прокладок 9. Внутри корпуса 7 установлены многослойные пьезокерамические цилиндры 3, защищенные гибкими износостойкими оболочками 4, электроды 2 расположенные на торцах оболочек 4 для возбуждения колебаний (со знаками + и - поляризующего потенциала). Между цилиндрами 3 на изолирующих прокладках 9 расположены кольцевые (щелевые) впускные 5, выпускные клапана 6, к крышкам 8 присоединены трубопроводы 10, соединенные с гидравлическим тараном (на фигурах не показано), экологически чистым двигателем (на фигурах не показано) и блоком управления 1.
Устройство работает следующим образом.
С блока управления 1 подают напряжение Uв на электроды 2 для возбуждения колебаний многослойных пьезокерамических цилиндров 3, защищенных гибкими износостойкими оболочками 4. Устройство потребляет электроэнергию и работает как двигатель. Таким образом, образующая наружного цилиндра 3 имеет выпуклость, внутреннего цилиндра 3 - вогнутость, цилиндры 3 выведены из состояния равновесия, межцилиндровый объем увеличен максимально. При этом автоматически впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт, напряжение Uв блока питания 1 снимается, цилиндры 3 возвращаются в исходное положение, межцилиндровый объем увеличивается, в процессе автоматически впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт, система вырабатывает электроэнергию и работает как генератор.
Кроме этого предлагаемый привод в сочетании, при необходимости, с гидравлическим тараном и с экологически чистым двигателем преобразуется в замкнутый энергетический комплекс. При этом имеется в виду возможность других примеров конструктивного выполнения. Высокопроизводительный пьезоэлектрический привод может работать в режиме двигателя (насос, компрессор) с гидравлическим тараном (по необходимости) и с экологически чистым двигателем как замкнутый энергетический комплекс.
1. Высокоэкономичный пьезоэлектрический привод, содержащий корпус, в котором установлен тонкостенный пьезоэлектрический цилиндр с электродами, возбуждающими резонансные изгибные колебания, отличающийся тем, что корпус содержит, по меньшей мере, два тонкостенных многослойных пьезоэлектрических цилиндра с гибкими защитными износостойкими оболочками и собранных путем вставки друг в друга, с возможностью колебания поочередно выпукло-вогнуто относительно один другого, кроме этого привод дополнительно содержит вещество в виде жидкости или воздуха, заполняющего межцилиндровый объем, изменяемый под действием колебаний многослойных цилиндров.
2. Привод по п.1, отличающийся тем, что устройство представляет замкнутый автономный энергетический комплекс с минимальными тепловыми потерями энергии и без выбросов выхлопных газов в окружающую среду.
