Вибродвигатель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (iii 771 773

К АВТОРСКОМУ СВйДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

3 (51)M. Кл. (22) Заявлено 15,01.79 (21) 2712629/18-25

Н 01 3 41/08

Н 02 N 11/00 с присоединением заявки №

Государставииый комитет (23) Приоритет па делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 15.10.80. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 15.10.80 (53) УДК 537.228. .1 (088.8) А.-В.А. Буда, С. К. Будене, К. М. Рагульскис и Р.-В. К. Улозас (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) ВИБРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, может быть использовано в маломощных исполнительных механизмах и устройствах позиционирования.

Известен вибродвигатель, содержащий генератор,ротор, пьезоэлемент, который выполнен из пластин, образующих треугольник, взаимодействующих вершинами с ротором, а электроды каждой иэ пластин подсоединены к трехфазному генератору (11.

Недостаток данного . выбродвигателя состоит

1О в том, что его мощность относительно мала из-за ограниченной величины перемещения концов пьезоэлементов.

Известен вибродвигатель, содержащий цилиндрический ротор, пьезоэлектрический привод, состоящий из двух вибраторов, установленных под углом друг к другу и скрепленных в вершине угла башмаком, взаимодействующим с ротором, и схему питания, включающую генератор и фазовращатель (2l.

В известном вибродвигателе,каждый из вибраторов выполнен в виде пьезокерамического элемент продольных колебаний, при этом один

2 из элементов подключен к генератору непосредственно, а другой через фазовращатель.

Недостаток этого вибродвигателя состоит в том, что его мощность ограничена, так как амплитуда сигнала питания пьезоэлементов ограничена механической жесткостью пьезоэлементов.

Целью изобретения является повышение мощности вибродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в вибродвигателе, содержащем цилиндрический ротор, пьезоэлектрический привод, состоящий из двух вибраторов, установленных под углом друг к другу и скрепленных в вершине угла башмаком, взаимодействующим с ротором, и схему питания, включаьэщую генератор и фаэовращатель, каждый из вибраторов выполнен в виде двух пьезокерамических шайб, поляризованных по толщине в противоположных напра: лениях, на одном из торцов которых установлен экспоненциальный концентратор продольных колебаний, башмак установлен на» узких концах концентраторов, при этом поверхность башмака, взаимодействующая с ротором, выполнена криволинейной с радиусом кривизны, большим

3 77177 радиуса ротора, а к генер пору и фазовращатслю поцключены общие обкладки пьезокерамических шайб.

Ф

С целью обеспечения реверса и регулирования скорости вращения схема питания содержит

5 дополнительно датчик угловой скорости, подключенный через усилитель, частотный дискриминатор и блок управления к управляюшему входу фазовращателя.

На чертеже представлена схема вибродвигателя.

С ротором 1 сопряжен датчик 2 скорости, который через усилитель 3, частотный дискриминатор 4 и блок управления 5 подключен к управляющему входу фазовращателя 6. Выход генератора 7 переменного напряжения подключен к средней обкладке пьезоэлемента 8 и через фазоврагцатель — к средней обкладке пьезоэлемента 9. Пьезоэлементы выполнены в виде двух пьезокерамических шайб, поляризованных по толщине. На одном торце каждой шайбы установлен экспоненциальный концентратор !О, 11 продольных колебаний соответственно. На суженных концах концентраторов установлен башмак 12, поверхность которого, взаимодействунвцая с ротором, выполнена изогнутой, с радиусом кривизны, большим радиуса ротора 1. Вторые торцы пьезоэлементов установлены жестко на основании 13 посредством винтов 14, 15.

Вибродвигатель работает следующим образом.

При включении питания сигнал с генератора

7 переменного напря>кения подается к средней обкладке пьезоэлемента 8 и через управляемый фазовращатель 6 — к средней обкладке пьезоэлемента 9. Так как пьезоэлементы 8, 9 выполнены в виде пьсзокерамических шайб, поляризованных по толщине, с противоположно направ.ленными векторами поляризации, они совершают колебания в противоположные стороны.

Способность трансформировать электрическую энергию в механическую пьезокералических шайб, поляризованных по толщине, в направлении вектора поляризации определяется по квард 45 рату коэффициента электромеханической связи, 9. т. е. К, Причем в направлении радиуса шайб этот коэффициент будет К „, Для пьезокерами2. ки, например, марки PZT-4 (С!!!А), К -0,70, а коэффициент электромеханической связи

50 продольных колебаний, что имеет место в прототипе, К вЂ” 0,334. Получаем; что К = 45 К

Это означает, что при использовании колебаний по толщине в 4,5 раза повышается эффективность трансформации электрической энергии в механическую.

Так как пьезоэлеменгы 8,9 посредством винтов 14, 15 соединены жестко между основанием 13 и экспоненциальными концентрато3 4 рами !О, I, н последних нозбужлаю|ся механические колебания. I I ð1! IcM К коэффициент

Ъ усиления механических колебаний определяется по формуле к, = +, где $о, = — плошади поперечного сечения входного и выходного торца кон центратора.

Так как суженные концы концентраторов !О, 11 жестко соединены между собою посредством башмака 12, последний будет совершать колебания в пространстве по траектории, определяемой величиной и знаком фазового рассогласования между сигналами с выхоцов генератора

7 и фазоврашателя 6. Башмак 12, взаимодействуя с ротором 1, сообщает ему момент вращения. Так как поверхность башмака, взаимодействуюшая с ротором 1, изогнута с радиусом, кривизны, большим радиуса ротора 1, площадь контакта между ними при поперечном перемеще нии башмака будет постоянной, причем при . длительной работе вибродвигателя при износе башмака плошадь контакта практически не бу дет меняться, что повышает надежность и долговечность работы двигателя.

При вращении ротора 1 сигнал с датчика 2 скорости через усилитель 3 подается к частотному дискриминатору 4. Сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине колебаний угловой скорости ротора 1, с выхода дискриминатора 4 через блок управления 5 подается к управляющему входу фазовращателя, которыи, изменяя фазу сигналов, поступающих к обкладкам пьезоэлементов 8, 9, компенсирует колебания угловой скорости. Этим повышается точность угловой скорости вращения.

При помощи блока управления 5 путем измерения фазы сигналов питания пьезоэлементов 8, 9 обеспечиваются. также разные режимы работы вибродвигателя, в том числе реверсирование и плавное изменение скорости вращения. г

Экспериментальные исследования макета вибродвигателя показали, что в 3-4 раза повышается мощность вибродвигателя, причем колебания угловой скорости умею.шсны в 3 раза по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1. Вибродвигатель, соцержащий цилиндрический ротор, пьезоэлектрический привод, состоящий из двух вибраторов, установленных под углом друг к другу и скрепленных в вершине угла башмаком, взаимодействующим с ротором, и схему питания, вкаючающую гецерагор и фазовращатель, отличающийся тем, что с целью повышения мошносги нибролвига77!773

Составитель Ь.Баев

Техред Т. Маточка Корректор Н. Бабинец

Редактор E. Абрамова

Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6709/66

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 теля, каждый из вибраторов выполнен в виде двух пьезокерамических шайб, полярированных по толщине в противоположных направлениях, на одном из торцов которых установлен экспо ненциальный концентратор продольных колебаний, башмак установлен на узких концах концентраторов, при этом поверхность башмака, взаимодействующая с ротором, выполнена криволинейной с радиусом кривизны, большим радиусом ротора, а к генератору и фазовращателю подключены общие обкладки пьезокерами ческих шайб.

2, Вибродвигатель по п. 1, о т л и ч а ющ.и и с я тем, что, с целью обеспечения реверса и регулирования скорости вращения, схема питания содержит дополнительно датчик угловой скорости, подключенный через усилитель, частотный дискриминатор и блок управления к управляющему входу фазовращателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

to 1. Авторское свидетельство СССР Х 480875, кл. F 16 Н 17/00, 1975.

) 2. Авторское свидетельство СССР Р 632014, кл. Н 01 1 41/10, 1978 (прототип).