Киевский ордена Ленина политехнический-институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистичЕской. революции (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования в аппаратуре магнитной записи, в частности в качестве привода ведущего узла магнитофона.

Известен привод лентопротяжных механизмов, в котором используется преобразование электрической энергии в механическое вращательное движение ротора с помощью пьезоэлектрического элемента и содержатся блоки управления и стабилизации частоты вращения привода. Привод имеет термочувствительный элемент, с помощью которого компенсируется неравномерность вращения ротора, связанная с изменениями температурных условий (1j .

Недостатком данного привода является нестабильность вращения ро-, тора, вызванная, например изменением механической нагрузки на валу.

Известен пъезоэлектрический привод, содержащий пъезоэлектрический двигатель, источник переменного электрического напряжения. С целью повышения стабильности работы в устройство введены преобразователь .Изменения тока в управляющий сигнал., умножитель глубины модуляции и сумма тор. Преобразователь изменения тока в управляющий сигнал подключен к пьезоэлектрическому двигателю и к умножителю глубины модуляции, выход которого соединен с одним из входов сумматора, подключенного вы-вЂ” ходом к пьезоэлектрическому двигателю, а другим входом вЂ” к источнику переменного электрического напряжения, управляющий вход которого связан с умножителем глубины модуляции и с преобразователем изменения тока в управляющий сигнал 2) .

15 Однако, при длительной работе привода происходит значительное изменение средней частоты вращения двигателя. Кроме того,при изменении температуры меняется ток через пье20 зоэлемент двигателя и частота вращения. Также нестабильна мгновенная частота вращения двигателя, связанная с эксцентриситетом ротора.

Известно устройство, содержащее

25 пьезоэлектрический двигатель и преобразователь частоты вращения вала двигателя в частоту электрического сигнала. Причем, сигнал с -: реобразователя частоты вращения (датчика

jQ скорости)поступает на частотный диск

790044 риминатор и через блок управления управляет напряжением питания пъезопреобразователя 33 .

Однако это устройство не обеспечивает стабильности вращения, необходимой для использования этого устройства в качестве привода ведущего узла магнитофона высшего класса.

Цель изобретения вЂ” уменьшение нестабильности мгновенной и средней частоты вращения пьезоэлектрического двигателя и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрический привод, содержащий пьезоэлектрический двигатель и преобразователь частоты вращения вала двигателя в частоту электрического сигнала, пропорциональную частоте вращения вала, снабжен усилителем мощности, вход которого соединен с выходом преобразователя частоты вращения вала, а выход подключен к пьезоэлектрическому двигателю.

Кроме того, с целью обеспечения самозапуска, усилитель мощности охвачен положительной обратной связью, в цепь которой включено реле времени, подключенное к выходу преобразователя частоты вращения вала-двигателя в частоту электрического сигнала.

На фиг.1 представлена блок-схема устройствами на Фиг.2 - принципиальная схема.

Пьезоэлектрический привод содержит усилитель 1 мощности, пьезоэлектрический двигатель 2, преобразователь 3 частоты вращения вала двигателя в частоту электрического сигнала. Для самоэапуска пьезоэлектрический привод снабжен реле 4 времени.

Усилитель 1 мощности выполнен на транзисторах 5 и 6 с сопрртивлением

7 смещения. К выходу усилителя мощности через электрический трансформатор 8 подключен пьезоэлектрический двигатель 2. Для обеспечения самоэапуска усилитель мощности снабжают элементами положительной обратной связи: емкостью 9, индуктивностью

10, сопротивлением 11, емкостью 12 и индуктивностью 13.

Преобразователь 3 частоты вращения вала двигателя в частоту электрического сигнала содержит растровый диск, установленный на валу двигателя (не показан), оптронную пару 14 и 15 с токоограничивающкми элементами 16 и 17 и усилитель 18 напряжения с элементами 19 и 20 смещения.

Выход преобразователя 3 частоты вращения вала двигателя подключен ко входу усилителя 1 мощности. о

Для самозапуска пьезоэлектрический привод снабжен реле 4 времени, которое включает сопротивление 21, Д емкость 22, реле 23 (фиг.2) и обеспечивает на время запуска пьезоэлектрического -привода замыкание цепи положительной обратной связи усилителя

1 мощности и отключение выхода преобразователя 3 частоты вращения вала двигателя. в частоту электрического сигнала от входа усилителя 1 мощности.

Устройство допускает применение также других преобразователей скоР рости вращения в частоту импульсов, например магнитных, с применением дополнительно умножителя частоты.

Кроме того, в качестве реле времени допускается применение бесконтакт15 ных реле с транзисторными или другими полупроводниковыми ключами.

Пьезоэлектрический привод работает следующим образом.

При отсутствии в приводе реле 4

2О времени и элементов 9-13 положительной обратной связи усилителя 1 мощности, после подключения к схеме напряжения питания от источника, вал пьезоэлектрического двигателя 2 не вращается из-за ощ:утствия переменного напряжения на входе усилителя

1 мощности, а следовательно и на входе пьезоэлектрического двигателя 2. Если принудительно, например с помощью бокового узла магнитофона, раскрутить вал пьезоэлектрического двигателя 2 со скоростью выше номинальной, то растровый диск, установленный на валу пьезоэлектрического двигателя, начнет модулироЗ5 вать световой поток в оптронной паре 14 и 15. В результате ток фотодиода 15 модулируется с частотой, равной произведению частоты вращения вала пьезоэлектрического двигателя ,4(1 на количество растровых линий. Переменное напряжение снимается с резистора 17 и подается на вход усилителя 18 напряжения. Усиленное напряжение подается на вход усилителя 1 мощности, которое усиливается по мощности и подается на пьезоэлектрический двигатель.

Если прекратить принудительное вращение вала пьезоэлектрического двигателя 2, он начнет тормозиться из-за трения в подшипниках и внешней нагрузки, а частота электрического сигнала на выходе усилителя

18 начнет понижаться и приближаться к резонансной частоте пъезоэлемента

M пьезоэлектрического двигателя 2.

Снижение частоты электрического сигнала с выхода усилителя 18, а следовательно и торможение вала пьезоэлектрического двигателя 2 происхо40 дит до некоторого значения частоты электрического сигнала на выходе усилителя 18 напряжения и на входе пьезоэлектрического двигателя 2. Это значение частоты электрического

65 сигнала (рабочая точка) лежит в преР

790044 делах правого склона резонансной характеристики пьезоэлемента двига-, теля. Если под воздействием возмущающих факторов вал двигателя 2 вращается с меньшей частотой, то уменьшается частота электрического сигнала на входе пьезоэлектрического двигателя, что приводит к увеличению амплитуды колебаний пьезоэлемента и увеличению частоты вращения вала до номинального значения.

Аналогично,что при увеличении частоты вращения вала, реакция привода направляется на уменьшение частоты до номинального уровня.

Таким образом, устройство охвачено отрицательной обратной связью, >5 и частота вращения нала остается постоянной.

При самозапуске пьезоэлектрического привода, после включения источника питания, через обмотку ре- 2О ле 23 (фиг.2) протекает большой зарядный ток емкости 22, достаточный для срабатывания реле 23. При этом переключающий контакт 24 замыкает цепь положительной обратной связи усилителя 1 мощности. Усилитель 1 мощности, охваченный положительной обратной связью, представляет собой автогенератор, где частотозадакщим элементом является пьезоэлектрический двигатель 2.

Переменное напряжение на электродах эммитер-коллектор транзисторов

5 и 6 усилителя 1 мощности, сдвинутое на 180О относительно напряжения на электродах эмиттер-база, подается на последовательный контур 9 и 10, настроенный на резонансную частоту пьезоэлектрического двигателя 2.

Напряжение с емкости 9 через резистор

11, отстающее но фазе на 90оотноси-. 4О тельно напряя<ения íà электродах эмиттер-коллектор транзисторов 5 и б„ подается на параллельный резонансный контур, настроенный иа резонансную частоту пьезоэлектрического двигателя 2. Параллельный резонансный контур состоит из емкости 12 и индуктивности 13,причем последовательно с индуктивностью включен вход усилителя 1 мощности. Такое включение 50 входа усилителя 1 мощности в параллельном контуре позволяет получить на входе усилителя 1 мощности напряжение, отстающее по фазе на 90О от-. носительно напряжения на емкости 9 и на 180О относительно напряжения на электродах эмиттер-коллектор транзисторов. Такой сдвиг фаз определяет цепь обратной связи как положительную и баланс фаз у описываемого автогенератора выполняется,так. 60 как сдвиг фаз между напряжением на входе усилителя при разомкнутой цепИ ,обратной. связи и напряжением на вы- . ходе цепи обратной связи равен нулю.

Условие баланса амплитуд выполняет- Я ся за счет выбора коэффициента уси" лия по току применяемых транзисторов, а также путем выбора элементов 11-13.

При замыкании цепи положительной обратной связи переключающим контактом 24, реле 23 производит самовозбуждение описанного автогенератора, частота генерации которого близка к резонансной частоте пьезоэлектрического двигателя 2. B результате возбуждения двигателя, частота вращения его ротора повышается и установившееся значение ее, определяемое напряжением питания привода, дол но превышать номинальную частоту вращения так, чтобы частота электрического сигнала на выходе преобразователя 3 частоты вращения вала двигателя в,частоту электрического сигнала превышала резонансную частоту пьезоэлектрического двигателя. При этом выход преобразователя 3 частоты вращения вала в частоту электрического сигнала отключен с помощью переключающего контакта 24 реле 23 от входа усилителя мощности.

По мере заряда емкости 22 реле

4 времени, ток заряда уменьшается и при некотором его значении срабатыьает реле 23 и переключающий контакт 24 занимает исходное полоя<ение (Фиг.2), подключая выход преобразователя 3 частоты вращения вала двигателя в частоту электрического сигнала ко входу усилителя 1 мощности. Далее режим работы пьезоэлектрического привода соответствует установившемуся, описанному выае. Время срабатывания реле 4 времени определяется паспортными данными, применяемыми реле 23 и величиной элементов 21 и 22 и выбирается достаточчым для того, чтобы вал пьезоэлектрического двигателя 2 успевал разгоняться до максимальной частоты вращения, превышающей номинальную.

Испытания предлагаемого пьезоэлектрического привода показали, что при изменении напряжения питания пьезоэлектрического привода в пределах 15-45 В, средняя частота вращения его изменяется не более чем на + 0,5% относительно номинального значения, соответствующего напряжению питания 30 В, что при изменении температуры окружающей среды 20oC вЂ” б0<>С, частота вращения пьезоэлектрического привода изменяется не более, чем на + 0,3В от номинального значения, что в укаiзанных диапазонах изменения питающего напряжения и изменения температур, максимальный козэфициент нестабильности частоты вращения пьезоэлектрического привода не превышает значений + 0,01%.

Использование предлагаемого пьезоэлектрического привода обеспечи790044

Формула изобретения

Тираж 844

ВНИИПИ Заказ 9046/52

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вает уменьшение нестабильности мгно венной и средней частоты вращения пьезоэлектрического двигателя, ввиду глубокой отрицательной обратной связи, в цепи которой отсутствуют инерционные элементы (интеграторы, дискриминаторы, умножители и др.), что повышает надежность пьезоэлектрических приводов и значительно снижает нестабильность параметров вращения пьезоэлектрических двигателей и устраняет необходимость разработки сложных систем автоматического регулирования частоты вращения пьезоэлектрических двигателей для достижения поставленных целей. Кроме того, устройство обладает максимальной функциональной и конструктивной простотой ввиду минимального количества функциональных блоков.

1. Пьезоэлектрический привод, содержащий пьезоэлектрический двигатель и преобразователь частоты вращения вала двигателя в частоту электрического сигнала, пропорциональную частоте вращения вала, о т .л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения устройства и уменьшения нестабильности мгновенной и средней частоты вращения, он снабжен усилителем мощности, вход которого соединен с выходом преобразователя частоты вращения вала, а выход подключен к пьезоэлектрическому двигателю.

2.Пьезоэлектрический привод по и 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения самозапуска, усилитель мощности охвачен положительной обратной связью, в цепь которой включено реле времени, под15 ключенное к выходу преобразователя частоты вращения вала двигателя в частоту электрического сигнала.

Источники информации, gQ принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 595785, кл. G 11 В 15/40, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

580580, кл. G 11 В 15/40, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 576599, кл. G 11 В 15/40, 1976 (прототип).