Пьезоэлектрический двигатель

11635537 Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУс присоединением заявк Государ стееииый комитет(45) Дата опубликования описания 30.11.78 Авторы зобретенияЛ. Презкничес ой соц Г. Т. Левченко и А, й ордена Ленина палите етия Великой Октябрьсреволюции Киевскимени 50 й институталттстической.(71) 3 аявител Ь 1 3 6Й1 1 ы54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГ 15 Изобретение относсится к пьезоэлектри. ческим двигателям и может быть использовано в цепяк автоматики в качестве двигателя исполнительнык механизмов, а также в бытовык приборах широкого назиачения,Известны пьезоэлектрические двигатели различнык конструкций, в которык электрцческий сигнал, подводнмый к пьезоэлементу статора, возбуждает в нем механические колебания, которые через механизм контакта пьезоэлемента с ротором передаются последнему и приводят его во вращечце 1.Система контакта пьезоэлемента к рото,ру, осуществленная в известнык двигателя.;, вызывает сколькение механцчес 1(ого контакта по поверхности ротора в момент возвратного перемещения конца пьезоэлемента при значсцтельном прижцмающем усилии, что сопровождается потерямц на трение и приводит к онижению моторесурса и КПД двигателя.Известен пьезоэлектрический двигатель, содержащий ротор и статор в виде пьезоэлектрической пластиныподключенной к источни 1 су питания п прикатоы одним своим Оконцом к ротору посредством пружины 21.Целями изобретения являются увеличе,ние моторесурса, рабочего момента и повышения КПД двигателя.Поставленные цели достига отся тем, что пруж 11 нз соед 1 гне:.1 а с упомянутым концомпластины через меканл 1 ческцй резонатор,например полый цилиндр, настроенный чаобертон частоты источника питания, причемугол межд 1 Ос 1.1 О резонатора и плос 1 сост 1 1 опьезоэлектгцческой пластины Оольше 90градусоз.На фцг. 1 схематически показан предлагаемый двигатель; на фиг. 2 - векторнаяд;1 аграмма, поясняющая его работу.Пьезоэлектрический двигатель состоитцз статора 1 и ротора 2, к которому пьезоэлемент 3 статора прижат пружиной 4 через настроенный зк 1 стцчес 1 сий резонатор эв виде ц:пиндра с резонансом на одном цзобертонов частоты источника питания. Одним концом пьезоэлемент 3 закреплен встаторе 1 через эластичную, например цзрезины. прокладку 6, а другим опираетсячерез :1 зконечник 7 ца ротор. 1-1 апряисенцепитания подано на электроды 8 ц 9 пьезоэлемента,Для пояснения раооты у стройства рассмотрим силы, возникающие прц раоотепьезоэлектрического двигателя. К наконечнику че ез резонатор о (на фиг. 2 цс показан) приложена постоянная сила ОС пружины - ., вызвавшая реакцию опоры пьезоэлеменпгз ОУ. ц ик равнодействуюц 1 ую т 1,лежа;цу:о в пределак угла трения р,р, рав ного по определению р,р -- агс 1 Ь"р 1 К,р - коэффициент трения между,нако. нечнлком 7 и поверхностью ротора 2). В отсутствие резонатора на ротор зоздействует вращающая сила Е 2 и противодейстзующая 5 сила трения Е,. В предложенной конструкции действует вращающая сила 1 4, а противодействует сила трения Е 5.Пьезоэлектрический двигатель работает следующим образом.Под влиянием постоянной пр:1 жимающей силы ОС возникает реакция в опоре пьезоэлемента ОУ., которая складываясь с силой ОС вызывает нормальную к поверх. ности ротора силу прижатия Е 1. Сила Е 1 15 складывается векторно с силой г, возникшей при подключении электрического питания и пьезоэлементу 3 и поэтому направленной вдоль его плоскости. В известном двигателе, то есть в отсутствие резонатора 20 5, конец этой результирующей силы 1 переме. щается с изменением переменной силь 1 Е по прямой РЕ, создавая максимальную вра 1 цаюц 1 ую силу Е, в точке Е, а в следующий г 1 олупериод - торможение силой трения Е, 25 в точке Р. Размах качания конца результи. рующей силы РЕ выбран так, что в моченг совершения полезной работы конец результирующей силы находится в пределах угла трения Д,р 1 точка Е), и наконечник 7 30 движется вместе с поверхностью;,отора 2, толкая его, В следующий по. лупер иод, когда конец результирующеи силы вне угла трения (точка Р) наконсчник 7 скользит по поверхности ротора и за 35 счет трения тормозит его силой трения Ез. В,пьезоэлектричвском двигателе прижимающая пружина 4 воздействует на наконечник 7 под тупым углом а к плоскости пьезоэлемента 3, поэтому часть развиваемо. 40 го пьезоэлементом усилия Е, (г, = Е сов с 1) используется на раскачку резонатора 5, ос. ладаюшего высокой добротностью и настроенного так, чтобы его акустическое сопро. тивление со стороны наконечника 7 на 1 а. 45 стоте возбуждения было максимально. Вследствие этого увеличивается,крутизна линии перемещения конца результиру:ошей силы до положения МЛ, почт:1 перпендикулярного линии действия пружины 4 ОС 50 (прл добротности резонатора, равной оесконечности, МУ перпендикулярна ОС. Как видно из фиг. 2, изменение крутизнь: пере. мещенля конца результирующей силы вгг предложвнном двигателе позволяет увели- д 5 чить размах ее качания до такого, опись 1- ваемого линией МЛ, положения, что противодействующей силой трен:1 я (ж 1 ла5) можно пренворечь, и в то же время возрастает вращающая сила (сила Е 4), Таким образом, применение резонатора 5, настроенного на один 1 из обертонов частоты источника, питания, а именно соответствующий колебаниям резонатора с узлом колебательных скоростей на его конце, примыкающем к наконечнику 7, позволяет увеличить вращающий момент как за счет увеличечия вращающей силы г 4, так и уменьшения силы трения У 5, а также, сократив, потери на трение, увеличить КПД и моторесурс пьезоэлектрпческого двигателя.Пьезоэлемент 3 двигателя изготовляют в виде прямоугольной пластины, например, из титанат-цирконат-свинцовой керамики ПКЛ. На главные поверхности пластины наносят металлические электроды, например, вжиганием металлизиру 1 още 11 пасты и затем поляризуют в поле 30 хВ:с.и прп температуре 110 С.1 зносостойкий наконечник 7, например, из алунда 22.хС. приклеивают, например, эпоксидной смолой. Ротор изготовляют .1 з высокоуглвродпстой стали или металлокерамиче.кого сплава, 1 например ВК 8.Опыт показывает, что предлагаемый пьезоэлектрический двигатель обладает более чем в два раза увеличенным моментом на Валу рОтОра прл том н:е,напряжен 111 питания КПД двигателя до 60 о, что в полтора раза выше чемИзвестного устройства. Моторесурс двигателя возрастает в 3 раза.Формула изобретенияПьезоэлектрический двигатель, содержащий,ротор и статор в,виде пьезоэлектрической пластиныподключгкной к,источнику питания и прижатой одним своим концом к ротору посредством;пружины, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения моторесурса, рабочего момента и повышения КПД двигателя, пружина соединена с упомянутым концом пластины через механический резонатор, например полый цилиндр, настроенный,на обертон частоты источника питания, причем угол, между осью резонатора и плоскостью пьезоэлектрической пластины больше 90 градусов.Источники, информации, принятые,во внимание прп экспертизе;1. Авторское свидетельство217509, кл. Н 02 Х 11100, 1965,2. Гультяева Л. Г През А. А. Пьезоэлектрический двигатель с возбуждвнлем на резонансе, Вестник КПИ, ЛЪ 11, 1977,11 зд, Лв 750 Тиракс 922 Подписиарстзенного комитета СССР по делам изобретений и открытийМосква, Ж-З 5, Раушская наб., д 4/5