Синхронный электрический привод

 

Союз Советскнх

Соцналистнческмх

Республик

ОПИСАНЙЕ у -„ния 894823

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (/ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 120230 (2f ) 2881 304/18-25 Р ) М. пл

Н 01 L 41/08 с присоединением заявки Ио— (23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР но делам изобретений н откРытий

Опубликовано 30.1281, бюллетень ИЯ 48

) ДК 537.228. 1 (088. 8) Дата опубликованию описания 30.1231

Р23 Авторы изобретения

В.С. Вышневский и В. В. Лавриненко

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54 ) СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Изобретение относится к синхрон- ным электрическим проводам на базе пьезоэлектрических микродвигателей и может быть использовано в часовых механизмах, системах автоматики и т.д.

Известен электрический привод на базе пьезоэлектрического двигателя, содержащего статор с пьезоэлектри- О ческим осциллятором, опирающимся на гладкую поверхность ротора, и источник возбуждения осциллятора. С использованием системы авторегулирования может быть обеспечена стабильность скорости такого привода 0,01% (11 .

Однако данный привод не является синхронным, поэтому прн использовании его в следящих системах неизбежно накопление ошибки.

Известен синхронный электрический привод, содержащий статор с пьезоэлектрическим осцнллятором, ротор, на цилиндрическую поверхность котОрого опирается осцнллятор, и источник возбуждения осциллятора.

В известном приводе осциллятор выполнен иэ нескольких пьеэоэлемен" тов с отдельными для каждого электродами, подключенными к многофазному 39 источнику возбуждения. На конце. осциллятора укреплен шток с ведущим колесом, которое сопряжено с поверхностью ротора, выполненного в виде стакана. При подключении многофазноГо источника возбуждения конец осциллятора совершает движение по круговой траектории, а вместе с ним, не вращаясь, так же движется и ведущее колесо. В результате взаимодействия ведущего колеса и ротора.последний приводится в синхронное вращение 12).

Однако конструкция известного двигателя не позволяет получить достаточно больших мощностей на его валу. Известно, что максимальная мощность Р двигателя пропорциональна произведению

IP Г11, где F - предельная сила, развиваемая пьезоэлементом

1 - максимальное удлинение (нли изгиб) пьезоэлемента;

- рабочая частота.

Предельная сила F и максимальное удлинение 1 определяются пределом прочности пьезоматериала. Следовательно, для увеличения мощности на валу необходимо увеличивать рабочую

894823 частоту двигателя. Предельная рабочая частота определяется конструкцией двигателя и лежит в диапазоне

500-1000 Гц. При этом мощность на валу двигателя достигает 0,05 Вт.

Дальнейшее увеличение рабочей частоты не .дает увеличения мощности, так как значительно уменьшаются габариты осциллятора, а следовательно, и объем пьезокерамики, что в свою очередь приводит к уменьшению мощности двигателя.

Кроме малой мощности известный двигатель обладает низким значением

cos V, так как на частотах 60 "1000 Гц практически невозможно компенсировать емкостную составляющую входного сопротивления пьезоэлементов.Кроме того, он имеет большие габариты, сложную конструкцию, большие частоты вращения ротора (3000-60000 мин ), что неудобно для практических применений.

Цель изобретения — увеличение мощности привода, а также увеличение cos, уменьшение габаритов, упрощение конструкции, уменьшение частоты вращения ротора.

Поставленная цель достигается тем, что синхронный электрический привод, содержащий статор с пьезоэлектрическим осциллятором, ротор, на цилиндрическую поверхность которого опирается осциллятор, и источник возбуждения осциллятора, дополнительно содержит датчик положения,,установленный на валу роторa„ электронный ключ, триггер и источник переменного синхронизирующего напряжения, при этом осциллятор подключен к источнику возбуждения через электронный ключ, вход которого через триггер соединен с датчиком положения, а второй вход триггера соединен с источником синхронизирующего напряжения.

На чертеже представлена блок-схема синхронного электрического привода.

Привод содержит статор 1, в котором закреплен пьезоэлектрический осциллятор 2, выполненный, например, в виде пьезоэлектрической пластины (диска или цилийдра) с нанесенными на ее сторонах электродами 3, поляризованной по толщине (поляризация показана стрелкой). Осциллятор опирается на гладкую поверхность цилиндрического ротора 4, который закреплен на валу 5. Последний- установлен в подшипниках (не показаны).

На валу 5 установлен датчик 6 положения вала., конструкция которого может быть любой, например, электромагнитный датчик, растровый оптический датчик, пьезоэлектрический датчик или др. Пьеэоэлектрическцй осциллятор 2 подключен через управляемый ключ 7 к источнику 8 возбуждения осциллято- ра. Управляющий вход электронного ключа 7 соединен с выходом триггера 9, один вход которого соединен с выходом датчика 6 положения, а другой его вход подключен к источнику

10 переменного (синхронизирующего) напряжения.

Синхронный электрический привод работает следующим образом.

От источника 10 переменного нап ряжения на вход триггера 9 подается . Управляющий импульс.. Триггер 9 опрокидывается и открывает электронный ключ 7. При этом от источника

35 8 возбуждения осциллятора через электронный ключ 7 на электроды. 3 осциллятора 2 подается электрическое напряжение. Осциллятор 2 начинает вращать ротор 4 и вал 5. При повороте вала 5 на определенный угол (заданный конструкцией датчика 6 IIoложения) датчик положения вырабатывает сигнал остановки двигателя, который подается с выхода датчика 6 на второй вход триггера 9. Триггер

9 переключается в исходное состояние и закрывает электронный ключ 7.

С электродов 3 осциллятора 2 снимается возбуждающее ego напряжение и ротор 4 прекращает вращаться. Через некоторое время источник 10 переменного напряжения вырабатывает следующий управляющий импульс и процесс повторяется в том же порядке.

В конструкции синхронного электического привода функции источника синхронизирующего переменного напряения и источника возбуждения осциллятора выполняют два различных уст® ройства. Источник возбуждения осциллятора возбуждает осциллятор на его рабочей частоте. Источник переменного синхронизирующего напряжения через триггер и управляемый электронный ключ подключает источник возбуждения осциллятора к осциллятору. Отключение осциллятора происходит с помощью датчика положения ротора, который через триггер.и электронный ключ отключает осциллятор. Рабочая частота осциллятора выбирается достаточно высокой (50-500 кГц). Это позволяет максимально увеличить мощность двигателя (до 50-100 Вт). Частота синхронизирующего напряжения может быть предельно низкой и не влияет на максимальную мощность, развиваемую двигателем. Высокая частота возбуждения осциллятора позволяет простым включением компенсирующей

$Q индуктивности компенсировать емкостную составляющую входного сопротивления двигателя и таким образом по-. лучить cos 1. Кроме того, увеличение частоты возбуждения позволяет уменьшить габариты устройства.

894823

Составитель Б. Баев

Редактор В. Пилипенко Техред 3. Фанта Корректор М. Пожо

Заказ 11502/84 Уираж 787 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

Синхронный электрический привод, содержащий статор с пьезоэлектрическим осциллятором, ротор, на цилиндрическую поверхность которого опираетая осциллятор, и источник возбуждения осциллятора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения мощности, он содержит дополнительно датчик положения, установленный на валу ротора, электронный ключ, триггер и источник переменного синхронизирующего напряжения, при этом осциллятор подключен к источнику возбуждения через электронный ключ, вход которого через триггер соединен с датчиком положения, а второй вход триггера соединен с источником синхронизирующего напряжения .

Источники инФормации, принятые во внимание нри экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 575686, кл. 6 11 В 15/40, 19772. Патент США Р 2439499, кл. 310-8.1, опублик. 1948 (прототип).