Пьезоэлектрический двигатель

09 111) СОЮЗ СОВЕТСКИХщвавкпькннпРЕСПУБЛИК В 11/О а) Н 01 1. 41/08ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОРПО ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТМРЫТФ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 573828, кл, Н 01 1. 4 1/00,Н 02 Я 11/00, 1976.2. Патент США В 3211931,кл. 310-83, опублик. 1965 (прототип).(54) (57) 1ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, цилиндри ческий ротор и охватывающий его пьезоэлемент, выполненный в виде кольца, на внутренней цилиндрической поверхности которого закреплены пластины,.выполненные с упором в цилиндрическую поверхность ротора, о т " л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения скорости вращения и КПД,он снабжен кольцом, закрепленным на корпусе и охватывающим пьезоэлемент, на внешней цилиндрической поверхности пьезоэлемента закреплены пластины, выполненные с упором во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольца.2. Пьезоэлектрический двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, на пьезоэлементе закреплен второй вал, расположенный соосно пьезоэлементу.Изобретение относится к электрическим двигателям вращения и может быть использовано в устройствах автоматики" й в лентопротяжных механизмах. 5Известен пьезоэлектрический двигатель 1, содержащий два соосно расположенных цилиндрических пьезо-."; элемента, фрикционно взаимодействующих между собой по цилиндрическим 1 О поверхностям, один из которых является статором, а другой - ротором.Для создания вращения в пьезоэлементах возбуждают взаимно перпендикулярные колебания, поэтому колеба ния одного из них перпендикулярны поверхности другого и проходят из одного тела в другое, почти без отражения (при примерно одчнаковом волновом сопротивлении материалов) . Это приво дит к потере акустической энергии одного из пьезоэлементов и как след- - 1 ствие к снижению КПД Другим недос. татком является низкая скоростьвращения, задаваемая диаметрами цилиндрических поверхностей, взаимодействующих между собой.Известен также пьезоэлектрический двигатель, содержащий корпус, ,цилиндрический ротор и охватывающий его пьезоэлемент, . выполненный в виде кольца, на внутренней цилиндри.ческой поверхности которого закреплены пластины, выполненные с упоромв цилиндрическую поверхность ротора 2 .35Недостатком известного пьезоэлектрического двигателя являются, низкиеКПД и скорость вращения.Целью изобретения является увеличение скорости вращения и КПД, а так 40 же расширение функциональных возможностей пьезоэлектрического двигателя.1Поставленная цель достигается тем,45что пьезоэлектрический двигатель,содержащий цилиндрический ротор иохватывающий его пьезоэлемент, выгэлненный в виде кольца, на внутреннейцилиндрической поверхности которого 50закреплены пластины, выполненные супором в цилиндрическую поверхностьротора, снабжен кольцом, закрепленным на корпусе и охватывающим пьезоэлемент. На внешней цилиндрической 55поверхности пьезоэлемента закрепленыпластины, выполненные с упором вовнутреннюю цилиндрическую поверхность4 кольца. На пьезоэлементе закреплен второй вал, расположенйый соосно пьезоэлементу.На чертеже показан предложенный двигатель.Пьезоэлектрический элемент 1 вынолнен в виде полого цилиндра - кольца. Целесообразно его толщину выбирать меньше ширины кольца, что позволяет расположить на его плоскостях электроды 2 (второй электрод аналогичен первому и на черт. не показан). Пьезоэлемент 1 выполнен из пьезокерамического материала, например ЦТС, и поляризован по толщине. Подключается он к источнику питания (на черт. не показан) через скользящие контакты 3, На внешней цилиндрической поверхности пьезоэлемента 1,Энапример под углом 90 к ней закреплены тонкие пластины 4 из упругогоматериала, например стали, Креплениеих осуществлено перпендикулярно плоскостям пьезоэлемента. Такие же пластины 5 аналогично закреплены на внутренней поверхности пьезоэлемента 1. Пьезоэлемент 1 с пластинами 4 и 5 образует осциллятор продольных колебаний.Пьезоэлемент 1 охватывает кольцо6, выполненное из твердого сплава,а внутри пьезоэлемента 1 расположен ротор 7, выполненный также из твердого сплава. Кольцо 6 закреплено накорпусе (показан штриховкой),На корпусе двигателя закреплентакже упорный подшипник 8, в которомустановлен вал 9 с закрепленным нанем ротором 7. На валу 9 установленс возможностью вращения второй вал10, который через стержни 11 закреплен на пьезоэлементе 1. Таким образом, все подвижные элементы зафиксированы в осевом направлении за счетупорного подшипника 8,Выступающая часть пластины 4 и 5больше ширины .зазора между кольцом6, пьезоэлементом 1 и ротором 7.Поэтому при сборке пластины 4 и 5 изгибаются и устанавливаются наклонно с напряжением относительно цилиндрических поверхностей, в которые ониупираются. При подключении источника питания, например, с частотой, равной или близкой к частоте продольного резонанса по ширине кольца пьезоэлемента, к токосъемникам 3 и через них к з.екродам 2 в пьезоэлементе 1 возбуждаются продольные колебания, которыеответвляются в пластины 4 и 5, Продольные колебания этих пластин вызывают силы отталкивания их от цилиндрических поверхностей кольца 6 и ротора 7.,Эти силы направлены под углом, под которым пластины упираютсяв цилиндрически поверхности. Их тангенциальные составляющие создаютмоменты вращения осциллятору и, следовательно, пьезоэлементу 1 и ротору 10 пьезоэлемента 1 момент вращения передается стойкам 11 к ротору 10 . От ротора 7 моментвращения передается валу 9который вращается вподшипни -ке 8 При установке пьезоэлемента воз- рО можны два основных варианта. Пластины 4 и 5 наклонены к цилиндрическим поверхностям так, как показано на чертеже. В этом случае роторы 10 и 7 вращаютсяв одном направлении. 25 При этом скорость ротора 7 равна сумме угловых скоростей пьезоэлемента 1 относительно кольца 6 и ротора 7 относительно пьезоэлемента 1. Таким образом, в предложенном вибродвигателе увеличена скорость вращения.Если изменить угол наклона, например, пластин 5, на противоположный, то в этом случае роторы 10 и 7 будут вращаться в противоположных направлениях. При сборке это осуществляется путем вкручивания пьезоэлемента 1 между кольцом 6 и зажатым ротором 7.В обоих случаях наблюдается увеличение КПД, так как съем акустической энергии происходит как с внешней, так и с внутренней поверхностей пьезоэлемента,.что увеличивает согласование осциллятора (пьезоэлемента 1) с нагрузкой.Предложенный пьезоэлектрический двигатель обладает повышенным К 1 Щ, что позволяет снизить температурный режим работы пьезоэлемента, что, в свою очередь позволяет перейти на широко распространенный дешевый пьезоматериал ТБК-З.Наличие двух роторов, вращающихся с различными скоростями, расширяет функциональные возможности устройства, позволяет исключить редукторы, приводящие к снижению КПД и увеличению уровня шумов.782655 каз 8905/1 Тираж 682 По Государственного комитета ССС елам изобретений и открытийМосква, Ж-З 5, Раушская наб.,сно по 30 Патент", г.Ужгород, ул.Проектна Ф л актор Л.Утехина Техред Л.Иикеш Корректор С,Шекмар