Пьезоэлектрических двигателей


Пьезоэлектрический двигатель

 

Союз Советсних

Социвлистичесних

Республик

1650 (61) Дополнительное к авт. свид-в (22) Заявлено 21.08.78(21) 26

2 л. с присоединением заявки,%

41/1 0

Пкуднрстввнньй квинтет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 25.01.80.

Дата опубликования опис нв делам нзабретеннй н атнрытнй

К 537.228.

088.8) (72) Авторы изобретения

В. С. Вишневский, В. В. Лавриненко и А. П. Шуляренко

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

Изобретение касается электрических двигателей, а более конкретно пьезоэлектрических двигателей. Оно может быть использовано в качестве исполнительных механизмов систем автома 5 тики, а также в аппаратуре звукозаписи и в качестве универсального электрического двигателя.

Известные пьезоэлектрические дви10 гатели, содержащие установленный в корпусе ротор, устройство прижима и пьезо. элемент в форме пластины, опирающийся одним концом непосредственно на рабочую поверхность ротора посредством упру- 5

I гого элемента устройства прижима 113.

В этих двигателях конец пьезоэлемента изнашивается по мере работы, благодаря чему увеличивается площадь фрикционного контакта, что приводит к возникновению скрипа и, как следствие, к резкому снижению мощности

КПД, а следовательно, и ресурса двигателя, определяемого его стабильной работой.

Известен пьезоэлектрический двигатель, содержащий установленный в корпусе ротор, устройство прижима и протяженный в продольном направлении пьезоэлемент, опирающийся одним концом на ротор через присоединенную к нему и наклоненную к рабочей поверхности ротора пластину (21.

Недостаток такого устройства— низкий ресурс.

Цель изобретения —, увеличение ресурса.

Это достигается тем, что двигатель снабжен закрепленными на корпусе в области соприкосновения пластины с ротором упором, в который упирается конец пьезоэлемента, а устройство прижима упирается во второй конец пьезоэлемента.

На фиг. 1 схематично изображен пьезоэлектрический двигатель, снабжен711650 щийся в упор 4, перемешается так, что угол с(остается неизменным, то есть увеличение угла с(за счет поворота пьезоэлемента компенсируется уменьше5 нием угла сС.за счет продольного смещения пьезоэлемента. Абсолютная комПьезоэлектрический двигатель, содержаший установленный в корпусе ротор, устройство прижима и протяженный в про3О дольном направлении пьезоэлемент, опирающийся одним концом на ротор через присоединенную к нему и наклоненную к рабочей поверхности ротора пластину, отличающийс я тем, что, с целью увеличения ресурса, он снабжен закрепленным на корпусе в области соприкосновения пластины с ротором упором, в который упи° рается конец пьезоэлемента, а устрой40 ство прижима упирается во второй конец пьезоэлемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

45 № 217509, кл. Н 02 N 11/00, 1965.

2.. Авторское свидетельство СССР по заявке Х 2463299/25, кл. Н 01 L41/08,,17.03.77 (прототип) . ный двумя упорами; на фиг. 2 — пьезоэлектрический двигатель с одним упором.

Пьезоэлектрический двигатель содержит ротор 1, установленный в корпусе в подшипниках (корпус и подшипники на чертеже не показаны). На рабочую . поверхность ротора 1 одним концом че. рез тонкую, например, стальную пластину

2 опирается пьезоэлемент 3. Этим же концом пьезоэлемент 3 упирается в упор 4. Другим концом пьезоэлемент 3 прижимается устройством 5 прижима (см. фиг. 1 и 2). Поверхность упора

4, соприкасающаяся с концом пьезоэлемента 3, выполнена цилиндрической и расположена так, что касательная плоскость 5, проходящая через линию соприкосновения упора 4 с концом пьезоэлемента 3, наклонена к направлению удлинения пьезоэлемента 3, то.есть к основным граням пьезоэлемента 3 (см. фиг. 2) .

Для обеспечения устойчивого положе- ния пьезоэлемента 3 в корпусе двигателя может быть выполнен второй упор 6

25 (см. фиг. 1). При этом поверхности соприкосновения упоров 4 и 6 с пьезоэлементом выполнены плоскими и расположены паралельно пластине 2 (см. фиг. 1).

Пьезоэлемент 3 выполнен в виде продольно вытянутого тела в.форме пластины или бруска из пьезоэлектрического материала, например иэ титаната бария.

На основных гранях пьезоэлемента 3 имеются электроды 7, выводы от которых подключены к источнику электричес-, кого напряжения (на чертежах не показан)

Устройство 5 прижима содержиг пружину 8 (на фиг. 2 изображена пружина растяжения, на фиг. 1 -пружина сжатия), воздействующую на рычаг 9.

При работе пьезоэлектрического двигателя за счет фрикционного взаимодействия колеблющейся от пьезоэлемента

3 тонкой пластины 2 с ротором 1 происходит износ пластины 2. Пьезоэлемент

3 под действием устройства 5 прижима смещается вперед. Его конец, упираюпенсация достигается при выполнении двух упоров (см. фиг. 1), расположенных по обе стороны от пьезоэлемента и соприкасающихся с ним по двум его концам. При выполнении поверхностей упоров 4 и 6 в виде плоскостей параллельных тонкой пластине 2, пьезоэлемент 3 перемещается параллельно самому себе,,обеспечивая постоянство угла о(. Это обеспечивает стабильность параметров пьезоэлектрического двигателя до полного износа пластины 2.

Испытания пьезоэлектрического двигателя показали, что он имеет ресурс

2000 ч, при скорости вращения 6300 млн" .

Формула изобретении

711650

Составитель В. Вавер

РедактоР Л. ГРебенникова ТехРед Л. АлфеРова КоРРектоР О, Ковинскан

Заказ 9023/40 Тира® 844 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Noczsa, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 .Филиал HIM "Патент", r Умтород, ул. Проектная, 4

   

www.findpatent.ru

Пьезоэлектрические двигатели / Литература по электродвигателям / Stanok-online.ru

Книга название: Пьезоэлектрические двигателиАвтор: В.В. Лавриненко И.А. Карташев В.С. ВишневскийГод печати: 1980Кол-во страниц: 112Формат: Djvu

В книге рассматриваются двигатели принципиально нового типа пьезоэлектрические. Преобразование электрической энергии в механическую вращающегося ротора осуществляется в таких двигателях за счет пьезоэлектрического или пьезомагнитного эффекта, наблюдаемого в сегнетоэлектрических или ферромагнитных материалах. Необходимое механическое выпрямление упругих колебаний происходит в зоне фрикционного контакта ротора со статором. Отсутствие обмоток и простота технологии изготовления не являются единственными преимуществами пьезоэлектрического двигателя. Высокая удельная мощность, большой к.п.д., широкий диапазон частот вращения и моментов на валу, отличные механические характеристики, отсутствие излучаемых магнитных полей и многие другие преимущества пьезоэлектрических двигателей позволяют рассматривать их как двигатели, которые в широких масштабах заменят применяемые в настоящее время электрические микромашины. Работы по созданию и изучению пьезоэлектрических двигателей начаты в нашей стране в Киевском политехническом институте в 1964 г. С 1969 г. пьезоэлектрический двигатель изучается в Каунасском политехническом институте под руководством проф. К. М. Рагульскиса. В развитие направления создания электрических приводов на основе пьезоэлектрических двигателей существенный вклад внесли канд. техн. наук И. А. Слуцкий и П. Е. Васильев.

Большое значение для промышленного внедрения пьезоэлектрических двигателей имеют работы, проводимые в Ростовском государственном университете и во ВНИИреактивэлектрон (г. Донецк) по созданию высококачественной керамики для пьезоэлементов двигателей. При научном содружестве многих организаций страны подготовлена основа для промышленного внедрения и серийного производства пьезоэлектрических двигателей и устройств на их основе. В настоящее время к серийному производству рекомендованы пьезопривод для электропроигрывающего устройства, разработанный конструкторами объединения \"Эльфа\" (г. Вильнюс), и пьезоэлектрический привод ведущего узла видеомагнитофона, созданный в объединении \"Позитрон\" (г. Ленинград). За внешней конструктивной простотой пьезоэлектрического двигателя скрывается ряд физических явлений, которые сложнейшим образом взаимосвязаны между собой. Кроме того, освоение нового направления затрудняется также множеством существенно различных вариантов конструкций, реализующих десятки возможных решений. По этой причине очень важно подготовить читателя, и прежде всего инженерно-технических работников, к восприятию новой для них области техники перед началом промышленного выпуска пьезоэлектрических двигателей.

Пьезоэлектрическим двигателем называется электрический двигатель, в котором механическое перемещение ведомого органа (ротора или якоря) осуществляется за счет пьезоэлектрического или пьезомагнитного эффекта. Казалось бы, достаточно возбудить пьезоэлемент переменным электрическим напряжением и, используя известные механические средства, преобразовать колебательное движение пьезоэлемента во вращательное движение ведомого органа. Однако хотя этот принцип и прост, но его трудно реализовать для амплитуд и частот колебаний пьезоэлемента, которые встречаются на практике. Известно несколько попыток создания ПД. В одной из конструкций зацепление ротора со статором осуществляется без проскальзывания. Такой способ получения вращательного движения напоминает способ вращения диска телефонного аппарата. Авторы этой конструкции предложили при помощи трехфазного электрического поля изгибать пьезоэлемент одновременно в трех плоскостях так, чтобы его конец, поступательно перемещаясь, описывал круговую траекторию , На подвижном конце располагался штырь, который фрикционно взаимодействовал с ротором, приводя его во вращение. Практического применения эта конструкция не получила. Уже давно было замечено, что вибрирующие тела могут поступательно перемещаться по гладкой поверхности. На основе этого явления были созданы различные механизмы для перемещения сыпучих тел.

Скачать бесплатно книгу Пьезоэлектрические двигатели

stanok-online.ru

Пьезоэлектрический двигатель

 

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГА ТЕЛЬ, содержащий корпус и установленный в нем ведомый орган и полый ця ,. линдрический пьезоэлемент.с пластина - ми-толкателями , установленными, по крайней мере, на одной из его поверхностей и упруго прижатьФ4и к поверхности ведомого органа, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения снижения мощности при увеличении КПД,пьезо9лемеит выполнен в виде вибратора продольных колебаний по длине окружности,а пластины-толкатели установлены в узлах механических напряжений . с. Г ///////А V/////

,SU„„.1023455 А

СОЮЗ COBETCHHX

О 6

РЕСПУБЛИК

За> И01-) 41/08 Н02 и 11/00.

А

НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПИСА

Д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ COOP

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2936767/18-25 (22) 11.06.80 (46) 15. 06.83. Бюл. В 22 (72) В.С. Вишневский, И.А. Карташев и В.В. Лавриненко (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Вели кой Октябрьской социалистической революции. (53 ) 537 . 228. 1.(088. 8) (56) 1. Лавриненко В.В. и др. Пьезо» электрические двигатели. И.,"Энергия", 12.03.80; с. 50у рис. 2б.а.

2. Авторское свидетельство СССР

9 659032, кл. Н014 41/08, 1977 (прототип), (54)(57) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГА

ТЕЛЬ, содержащий корпус и установленный в нем ведовегй орган и полый цит линдрический пьезоэлемент.е пластина" ми-толкателями, установленными, по крайней мере, на одной из его поверхностей и упруго прижатьэги к поверхности ведомого органа, о т л и ч а юггг н и с я тем, что, с целью .расширения области примененйя путем обеспечения снижения мошности при увеличении КПД,пьезоэлемент выполнен в виде вибратора продольных колебаний по длине окружности,а пластины-толкатели установлены в узлах механических напряжений.

1023455

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом двигателе, содержащем корпус и установленные в нем ведомый орган и полый цилиндрический пьезоэлемент с пластинами-толкателями, устайовленными, по крайней мере, на одной из его поверхностей и упруго прижатыми к поверхности ведомого органа, пьезоэлемент выполнен в виде вибратора продольных колебаний по длине окружности, а пластины-толкатели установлены. в узлах механичес,ких напряжений.

Выполнение пьезоэлемента в виде вибратора продольных колебаний по длине окружности цилиндра позволяет ,уменьшить высоту цилиндра без изменения рабочей частоты двигателя. Высота цилиндра вибратора может быть выполнена достаточно малой. Продольный размер высоты ограничен конструктивными соображениями и требованиями по прочности вибратора. Практически высота может быть доведена до 1 юю.

Частотозадающим размером является расстояние по длине окружности цилиндра между двумя осевыми узлами механических напряжений. Если сравнивать по предельному диаметру для предлагаемого двигателя и предельной высоте для прототипа, то рабочая часИзобретение относится к микроэлектродвигателям, которые могут быть использованы в лентопротяжных механизмах, вентиляторах, электробритвах и других устройствах.

Известен пьезоэлектрический двига- 5 тель, содержащий корпус и установленные в нем ротор и вибратор в виде пьезоэлектрической пластины, одним концом опирающийся на рот р (1).

Основной недостаток такого двигателя — несимметрия расположения пьезоэлемента, которая приводит к по» вышенной трудоемкости изготовления корпуса двигателя и низкой его компактности. В конструкции двигателя 15 плохо используется объем, определяемый габаритными размерами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пьезоэлектрический двигатель, содержащий корпус и установленные s нем ведомый орган и полый цилиндрический пьезоэлемент с пластинами-толкателями, установленными, по крайней мере, на одной из его поверхностей и упру- 25

ro прижатыми к поверхности ведомого органа. При работе двигателя в цилиндрическом пьезоэлементе - вибраторе возбуждаются продольные колебания по высоте цилиндра. Двигатели с пьезо- З0 элементом цилиндрической формы компактны и технологичны в изготовлении (2 ).

Однако режйм максимаяьиого КПД известного двигателя лежит в режимах больших моментов на валу. Для получе-З .ния такого режима необходимо на тор,це пьезоэлемента установить макси мальное число пластин-толкателей и максимально их нагрузить. Практически пластина- толкатель из стали толщиной 40

0,1 мм и шириной 3 мм развивает усилие примерно 0,5 Н. хаксимальное число пластин-толкателей, которое может быть установлено на цилиндрическом пьезоэлементе 26 мм, равно 45

50 шт. Таким образом, для получения режима максимального КПД пьезоэлемент необходимо нагрузить усилием 25 Н.

При наличии двух роторов усилие равно 50 Н. 50

Частота вращения при высоте ци-:

Линдра вибратора 20 мм примерно равна 1Е . При этом мощность на валу йримерно равна 3 Вт. Если КПД двигателя в режиме максимального КПД 30%, то потребляемая им мощность примерно

Равна 9 Вт. В режиме свободного ротоРа (т.е. при отсутствии нагрузки на валу) потребляемая мощность максиМальна (20-30 Вт). Она ограничена Щ

Внутренним механическим сопротивлением двигателя (сопротивлением потерь в керамике и на опорах)., Для уменьшенйя мощности, потребляемой пьезоэлекУРическим двигателем в режиме его ра-у боты со свободным ротором,необхоцимо увеличить его внутреннее сопротивление, т.е. уменьшить объем пьезокерамики. Уменьшить объем пьезокерамики в известном двигателе возможно за счет уменьшения высоты цилиндра вибратора, его толщины и диаметра. Однако уменьшение высоты цилиндра приводит к повышению рабочей частоты двигателя. Экспериментально установлено, что при рабочих частотах более

200 кГц фрикционный контакт работает не эффективно, в нем увеличивается потери на трение, что приводит к снижению КПД. Предельная. высота цилиндра примерно равна 10 мм. Уменьшение толщины цилиндра приводит к уменьшению ширины фрикционного контакта, к понижению прочности крепления пластинтолкателей и к усложнению технологии изготовления вибратора. Практически толщина цилиндра может быть не меньше

7 мм. Уменьшение диаметра увеличивает разницу в величине кОлебательных скоростей на краях пластин-толкателей, увеличивает износ, приводит к возникновению акустических шумов и к понижению КПД. Таким образом, известный двигатель не может быть использован в маломощных устройствах, так как ужньшение мощности приводит к уменьшению КПД.

Целью изобретения является расширение области применения двигателя путем обеспечения мощности при увеличении КПД.

1023455 тота у предлагаемого двигателя в 3,14 раз ниже рабочей частоты прототипа.

Это позволяет получить более высокий

КПД, так как снижаются потери на трение.. Возможность уменьшения высоты цилиндра и-10 раз позволяет в 10 раз увеличить входное сопротивление двигателя и, таким образом, уменьшить потребляемую мощность "в режиме сво- бодного ротора. Кроме того, уменьше. ние площади поперечного сечения вибратора (перпендикулярно направлению колебаний) позволяет уменьшить число, пластин-толкателей и обеспечить режим максимального КПД при ъ ньших значениях сопротивления нагрузки. Все это 15 приводит к уменьшению мощности при сохранении частоты вращений и увеличении КПД.

На фиг. 1 и 2 представлен двигатель, разрез, пластины-толкатели ус- 2О тановлены на торцовых сторонах цилиндрического вибратора» на фиг. 3 и 4 - то же, толкатели установлены на внешних цилиндрических сторонах пьезоэлементов» на фиг. 5 - вибратор 25 двигателя, имеющий пластины-толкатели .на двух .цилиндрических сторонах; на фиг.. б — пластины-толкатели, уста новлеиые на внешних цилиндрических по-. верхностях пьезоэлементов, взанмодей-30 ствующие с двумя роторамн» на фнг.712 - различные конструктивные выполнения пьезоэлементов предлагаемого двигателя.

Пьезоэлектрический двигатель (фиг. 1) содержит полый цилиндрнчес». киа пьезоэлемент 1 с пластинами-толкателями 2, установленными на его торцовых. поверхностях. На цилиндриеских поверхностях пьезоэлектричесого цилиндра нанесены электроды 3, 40 оторые снабжены выводами 4. Пьезо. лектрнческий цилиндр:поляризован в радиальном направлении (направление поляризации показано стрелками).

Пьезоэлемент 1 установлен в корпусе 545 с помощью звукоизолирующих прокладок б. Пластины-толкатели 2 взаимодействуют с двумя роторами 7, установленными в подшипниках 8 в корпусе 5.

НьЕзозлектрический двигатель работает следующим образом.

На-выводы 4 от источника питания пьезоэлектрического двигателя (источник питания не показан) подается пе- 55 ременное электрическое напряжение, соответствующее по частоте четвертой

t де колебаний По длине окружности цилиндра. В пьезоэлементе 1 начинают возбуждаться колебания четвертой модыбО по длине окружности цилиндра вибратора 1. Пластины-толкатели 2 начинают смещаться вдоль окружности цилиндра, приводя во вращение роторы 7.

В двигателе, изображенном на фиг. 3 и 4, пластины-толкатели 2 расположены на внешних цилиндрических поверхностях цилиндрического - . пьезоэлемента 1, в котором возбуждается вторая мода продольных колебаний по длине окружности. Пластины-толкатели 2 взаимодействуют с одним ротором 7, который установлен с помощью подшипника 8 на выступе корпуса 5.

Двигатель, изображенный на фиг.3, имеет два ротора 7, один из которых расположен внутри цилиндрического вибратора, другой, выполненный в виде кольца, охватывает вибратор. Вибра« тор 1 имеет сплошные электроды, а фазирование колебаний осуществляется с помощью разнонаправленной поляризации пьезоэлемента.

На фиг. 4 показан .пьезоэлектрический двигатель, пьезоэлемент 1 которого установлен с возможностью угловых перемещений вокруг его оси и подпружинен в этом направлении. Вибратор 1 установлен s цилиндрических -направляющих 9. Возбуждение в кольце продольных колебаний по окружности и возможность отвода почти всей механической энергии одним, двумя толкателями позволяет осциллятор сделать подпружиненным к ротору не sa счет упругих свойств толкателя, а эа счет saemsevc, прижимного элемента. Это снимает- требования к материалу толкателя в отношении-его упругих свойств. При этом толкателн можно выполнить из. пластмассы и за счет этого повысить ресурс двигателя.

На показанных фиг. 7 - 11 возбуждается вторая мсща продольных колебаний по длине окружности цилиндра.

Пластины-толкателн установлены иа . внешних цилиндрических поверхностях.

В пьезоэлементах на фиг. 7 - 10 осуществлена поперечная поляризация, в пьезоэлементе на фиг. 11 - продольнаяе В вибратОре на фиге 12 возбуждается восьмая мода колебаний по длине окружности.

Предложенный пьезоэлектрический двигатель позволяет более чем в 10 раз уменьшить потребляемую мощность двигателя при сохранении частоты вращения, КПД двигателя yâeëè÷èâàåòñÿ на 5-10%.

Расширен ряд двигателей с цилиндрическим вибратором в область низких мощностей на выход.

1023455

1023455 г иг.9

Составитель Т. Щукина

Редактор М. Петрова Техред A.Ae .. Корректор A,Òÿñêî

Заказ 4225/40 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССРио делам ивооретений и открытий

1i3935, Москва,,ж-35, Раувгская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", z . УлйОрод, ул. Проектная, 4

     

www.findpatent.ru

Линейный пьезоэлектрический двигатель

Изобретение относится к области пьезотехники и может быть использовано в линейных пьезоэлектрических двигателях. Сущность: линейный пьезоэлектрический двигатель содержит ползун с направляющими, пьезоприводную систему, источник питания. Пьезоприводная система состоит из замкнутой рамки с упругим элементом в виде двух плоских пружин на ее боковых гранях. В рамку вставлен и зажат в ней пьезоэлемент продольного удлинения. На концах рамки выполнены связанные с ней упругими шарнирами рычажные мультипликаторы линейных перемещений. Одно плечо каждого мультипликатора связано с пьезоэлементом поперечных перемещений, а второе плечо вставлено в направляющие ползуна с натягом, равным или меньше величины их перемещения под воздействием пьезоэлементов поперечных перемещений. Технический результат: повышение надежности работы устройства, упрощение конструкции и сборки. 1 ил.

 

Изобретение относится к области пьезотехники, а именно к области разработки и изготовления линейных пьезоэлектрических двигателей.

Известна пьезоприводная система, состоящая из нескольких пьезоприводов, которые могут последовательно удлиняться и сдвигаться, перемещая подвижной элемент в соответствии с управляющими сигналами (патент US 6977461 ВВ).

Недостатки этого устройства состоят в необходимости изготовления сопрягающихся деталей с очень высокой точностью (доли микрона) и в сложности реализации линейных сдвигов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пьезоэлектрический двигатель на основе "перистальтики", состоящий из трех, связанных между собой, пьезоэлектрических цилиндров, надетых на металлический стержень, при этом первый и третий цилиндры охватывают стержень без зазора, а второй - с зазором. При подаче на цилиндры последовательности импульсов напряжения стержень совершает поступательное перемещение в виде последовательности шагов (ТИИЭР, т.66, №6, июнь 1978).

Недостатки этого устройства заключаются в сложности его изготовления, так как требуется высокая точность изготовления подвижного стержня и сопрягающихся с ним пьезоцилиндров, а также в высокой чувствительности устройства к температурным деформациям стержня и пьезоцилиндров, что снижает надежность его работы.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности устройства, упрощении его конструкции и сборки. Поставленная задача решается в линейном пьезоэлектрическом двигателе, содержащем ползун с направляющими, пьезоприводную систему, источник питания, причем пьезоприводная система состоит из корпуса, выполненного в виде замкнутой рамки с упругим элементом в виде двух плоских пружин на ее боковых гранях, в которую вставлен и жестко зажат пьезоэлемент продольных перемещений, а на концах рамки выполнены связанные с ней упругими шарнирами рычажные мультипликаторы линейных перемещений, одно плечо которых находится в связи с пьезоэлементами поперечных перемещений, а второе плечо вставлено в направляющие ползуна с натягом, равным или меньше величины их перемещения под воздействием пьезоэлементов поперечных перемещений.

Отличительными признаками изобретения являются признаки, характеризующие выполнение пьезоприводной системы, состоящей из корпуса, выполненного в виде замкнутой рамки с упругим элементом в виде двух плоских пружин на ее боковых гранях, в которую вставлен и жестко зажат в ней пьезоэлемент продольных перемещений, а на концах рамки выполнены упруго связанные с ней рычажные мультипликаторы линейных перемещений, одно плечо которых находится в связи с пьезоэлементами поперечных перемещений, а второе плечо упруго вставлено в направляющие ползуна с натягом, равным или меньше величины их перемещения под воздействием пьезоэлементов поперечных перемещений.

Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности работы устройства и упрощении его конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана конструкция устройства.

Устройство содержит ползун 1 с направляющими А, пьезоприводную систему, состоящую из замкнутой рамки 2 с упругим элементом 3 в виде двух плоских пружин на ее боковых гранях, пьезоэлемента 4 для продольных перемещений, вставленного в рамку 2 и жестко зажатого в ней винтом 5, рычажных мультипликаторов линейных перемещений 6, 7, 8, 9 и поджатых винтами 16, 17.

Пьезприводная система вставлена противоположными концами рычагов мультипликаторов с натягом в направляющие А ползуна 1 и взаимодействует с ним в точках 18, 19, 20, 21 рычагов 6, 7, 8, 9. Пьезоэлементы 4, 14, 15 подсоеденены к источнику питания, реализующему необходимую последовательность управляющих импульсов.

Описанное устройство работает следующим образом.

Благодаря тому, что рычаги 6, 7, 8, 9 вставлены в направляющие ползуна с натягом, в отсутствие управляющих импульсов, он застопорен от перемещений относительно пьезприводной системы силами трения в точках 18, 19, 20, 21. При подаче напряжения на пьезоэлементы 14, 15 они удлиняются, рычаги 6, 7, 8, 9 проворачиваются в упругих шарнирах 10, 11, 12, 13 и освобождают ползун 1. Для достижения высокой точности и надежной работы устройства величина перемещений рычагов в точках 18, 19, 20, 21 должна быть равна или меньше величины натяга. В этом случае ползун 1 находится в постоянном контакте с рычагами 6, 7, 8, 9. Установка величины натяга производится винтами 16, 17.

При подаче напряжения на пьезоэлемент 4, благодаря наличию упругого элемента 3, рамка 2 удлиняется и обеспечивает механизм линейного перемещения ползуна 1 относительно пьезоприводной системы. Подачей последовательности управляющих импульсов на пьезоэлементы 4, 14, 15 реализуется поступательное перемещение ползуна относительно пьезоприводной системы в виде последовательности шагов.

Благодаря рычажным мультипликаторам свободный ход рычагов 6, 7, 8, 9 в точках 18, 19, 20, 21 в несколько раз превышает относительно малое удлинение пьезоэлементов поперечных перемещений 14, 15, что снижает требования к точности изготовления деталей, повышает надежность работы и упрощает процесс сборки пьезодвигателя.

Пример реализации заявляемого устройства.

Направляющие А ползуна 1 и рычаги мультипликаторов 6, 7, 8, 9 выполнены из закаленной стали и обработаны шлифованием.

Пьезоэлемент 4 для продольных перемещений изготовлен из керамики ЦТС-46 в виде многослойного пьезоэлемента актюатора длиной 45 мм и сечением 6×6 мм. При подаче напряжения 100 В он удлиняется на 35-40 мкм. Пьезоэлементы 14, 15 для поперечных перемещений изготовлены также из керамики ЦТС-46 в виде многослойных пьезоэлементов сечением 6×6 мм и длиной 10 мм. Их удлинение при напряжении 100 В составляет 8 мкм. Рычажные мультипликаторы, взаимодействующие с пьезоэлементами 14, 15, обеспечивают увеличение свободного хода рычагов 6, 7, 8, 9 в точках 18, 19, 20, 21 до 20-25 мкм.

Пьезоприводная система вставляется в направляющие А ползуна 1 с натягом 15 мкм. Этим обеспечивается ее надежная фиксация относительно ползуна 1.

Изготовленный экспериментальный образец пьезодвигателя обеспечивал шаговый режим работы в диапазоне 0-300 Гц со скоростью до 9 мм/с при тяговом усилии 0,3 кг.

Линейный пьезоэлектрический двигатель, содержащий ползун с направляющими, пьезоприводную систему, источник питания, отличающийся тем, что пьезоприводная система состоит из корпуса, выполненного в виде замкнутой рамки с упругим элементом в виде двух плоских пружин на ее боковых гранях, в которую вставлен и жестко зажат пьезоэлемент продольных перемещений, а на концах рамки выполнены связанные с ней упругими шарнирами рычажные мультипликаторы линейных перемещений, одно плечо которых находится в связи с пьезоэлементами поперечных перемещений, а второе плечо вставлено в направляющие ползуна с натягом, равным или меньше величины их перемещения под воздействием пьезоэлементов поперечных перемещений.

www.findpatent.ru


Смотрите также