Пьезоэлектрический двигатель

) Авторыизобретени кий институтциалистической революции иевский ордена Ленина политехничм. 50-летия Великой Октябрьской Заявитель) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ н т е ен пьезоэлектрически одержащий пьезокерам ротор, совмещенный и схему стабилизаци щения. Ротор выполне двическийгатель, вибрато датчико тахоскои рости в Изобретение относится к электрическим двигателям, а именно к пьезоэлектрическим двигателям, и может быть использовано в лентопротяжных механизмах видео- и магнитной записи в проигрывателях и т.д,Известны пьезоэлектрические двигатели, содержащие ротор с гладкойцилиндрической поверхностью и фрикционно взаимодействующий с роторомпьезокерамический вибратор 11 и 121.Однако такие простейшие конструкции имеют невысокую равномерностьвращения. Для ее повышения двигательснабжают таходатчиком и системой стабилизации, работающей от сигнала та-,ходатчика, который конструктивнои функционально может быть совмещенс ротором диска с отверстиями, равноудаленнымидруг от друга и от оси ротора. Привращении ротора таходатчик вырабатывает сиг ал, частота которого зависит от числа отверстий и скоростивращения, От изменения последней изменяется частота, что является сигналом для схемы стабилизации, элементом которой является частотный детек- Отор для изменения воздействия на ротор в сторону приведения скоростик заданной 3.Недостатком данного двигателя является изменение мгновенной скоростивращения вследствие неоднороднос и 5ротора. Для увеличения глубины модуляции сигнала датчика отверстия необходимо располагать ближе к поверхности ротора, но при этом еще большвозрастает нестабильность вращенияскорости. Для увеличения частоты модуляции количество отверстий необходимо увеличивать путем уменьшенияих диаметра. При этом резко возраСта873312 О 15 ет трудоемкость изготовления ротора, Небольшая глубина и низкая частота модуляции приводят к уменьшению мощности сигнала с техогенератора и уменьшению разрешающей способности отслеживания скорости за один оборот.Цель изобретения в . уменьшение колебаний мгновенной скорости и снижение трудоемкости изготовления ротора. Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом двигателе, содержащем пьезокерамический вибратор, ротор, совмещенный с таходатчиком, и схему стабилизации скорости вращения, ротор, совмещенный с тахо- датчиком, выполнен в виде зубчатого колеса, на поверхность которого нанесено покрытие переменной толщины, образующее, гладкую цилиндрическую поверхность, причем материалы покрытия и зубчатого колеса имеют разные значения волнового сопротивления, а толщина покрытия над зубом не превышает 0,5 мм.На чертеже изображен пьезоэлектрический двигатель.Пьезоэлектрический двигатель содержит ротор 1, на поверхность которого одним концом опирается пьезокерамический вибратор 2, который выполнен в виде прямоугольной пластины с электродами 3 на основных поверхностях, которые выводами 4 через диодный мостик 5 и емкость 6 подключены к генератору переменного напряжения 7 резонансной частоты пьезоэлемента. К выходу диодного мостика подключена нагрузка 8 тахогенератора и емкость фильтра. Вибратор выполнен из поляризованной по толщине (в направлении стрелки) керамики, например из ЦТС 23, и снабжен износостойкой накладкой, например из окиси алюминия. Второй конец вибратора через звукоизоляционную прокладку, например из резины, укреплен на корпусе двигателя. Прижим пьезоэлемента к ротору осуществляется посредством пружины, Ротор пьезоэлектрического двигателя состоит из зубчатого колеса 9 и покрытия 10.Материал зубчатого колеса должен обладать достаточно высоким модулем Юнга, чтобы исключить прогиб покрытия. Этому требованию отвечают твердые неорганические вещества - металлы, керамики, стекла. Кроме того, материал зубчатого колеса должен выдерживать нагрев не ниже 300 С для 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 4обеспечения возможности использавания метода плазменного напыления сравнительно толстых покрытий из сверхтвердых материалов. Материал покрытия для обеспечения стойкости роторак износу выбирается из сверхтвердыхматериалов с твердостью по шкале НЙСне ниже 55 ед., например карбиды титана, вольфрама, хрома, окислы алюминия нитриды бора. Покрытие наносится распылением материала в струе дуговой плазмы с последующей шлифов.кой до гладкой цилиндрической поверхности, Материалы зубчатого колеса ипокрытия выбираются с разными произведениями плотности на модуль Юнга,т.е. с различными удельными волновыми сопротивлениями, чта обеспечивает отражение на границе раздела двух сред акустической волны. Толщина по-крытия над зубом выбирается меньше глубины проникновения поверхности волн в роторе, что соответствует толщинам менее 0,5 мм.При подаче переменного напряжения от источника 7 через диодный мостик 5, емкость 6, выводы 4 и электроды 3 на вибратор 2 последний начинает продольнаколебаться. Эти колебания механически выпрямляются на контакте пьезоэлемента с ротором 1, при этом постоянная составляющая .механических усилий приводит к вращению ротора. Часть акустической энергии проникает в ротор в виде объемных и поверхностных волн. На границе раздела зубчатого колеса 9 и покрытия 1 О вследствие различного волнового сопротивления материалов происходит отражение акустических волн. Отраженная волна, задержанная во времени в зависимости от толщины покрытия, возвращается в пьезоэлемент, преобразуется пьезоэлементом в составляющую тока, фаза которого различна в зависимости от толщины покрытия. Этот ток, складываясь с основным током через пьезоэлемент, модулирует его по амплитуде с частотой прохождения зубьев под местом контакта пьезоэлемента с ротором. Эта частота равна произведению частоты вращения ротора на количество зубьеВ, Модулированный сигнал детектируется диодным мостиком 6. Демодулированный сигнал проходит через ЙС-фильтр, образованный емкостью 9 и сопротивлением 8. Огибающая этого сигнала в виде переменного напряжения. кратного частоте вращения, использу8733 0 ется для управления скоростью враще.ния двигателя с помощью схемы стабилизации.Монолитное соединение покрытия с зубчатым колесом исключает эффект тонкой оболочки, присущий известному устройству. Этот эффект заключается в резком падении момента и мощности двигателя при выполнении оболочки ротора менее 1 мм. При толщине обо- лочки 0,5 мм момент падает более чем в 1 О раз вследствие резкого уменьше" ния податливости поверхности ротора к изгибу. Существование этого эффекта в известном устройстве требует вынесения отверстий в глубь ротора, что уменьшает мощность сигнала с тахогенератора и приводит к изменению момента и скорости при нагрузке) с. частотой мелькания отверстий. Вынесение отверстий вглубь ротора не позволяет увеличить их количества при сохранении диаметра отверстия, Увеличение количества отверстий при одновременном уменьшении их диаметра связано с дальнейшим уменьшением мощности сигнала тахогенератора и существенным увеличением трудоемкости изготовления ротора. Б предлагаемом устройстве изза отсутствия эффекта оболочки зубья могут располагаться в непосредственной близости от поверхности с плотностью до пяти зубьев на миллиметр длины окружности ротора. Требования к форме зубьев отсутствуют, поэтому35 они выполняются способом накатки. Стоимость нанесения покрытий толщичнои до 1 мм на 1 м методом плазменного напыления составляет 0,5-2 р. Поэтому снижается трудоемкость из 40 готовления ротора, особенно при значительном числе зубьев (отверстий). Отсутствие эффекта оболочки существенно снижает колебания мгновенной скорости, так как момент вращения, практически не изменяется при перехо 45 12 6де от зуба к впадине, Допустимое увеличение числа зубьев приводит к увеличению частоты сигнала тахогенератора, а возможность расположения зубьев ближе к поверхности увеличивает глубину модуляции вследствие увеличения частоты и глубины модуляции, возрастает мощность сигнала с тахогенератора. Увеличение мощности сигнала тахогенератора также связано с тем, что граница раздела материалов зубчатого колеса и покрытия проходит в зоне распространения поверхностных волн и изменение уровня этой границы существенно сказывается на эффективности возбуждения поверхностных волн.Формула изобретенияПьезоэлектрический двигатель, содержащий пьезокерамический вибратор,ротор, совмещенный с таходатчиком,и схему стабилизации скорости вращения, о т л и ч а ю щ и Й с я тем,что, с целью уменьшения колебаниймгновенной скорости и снижения трудоемкости изготовления, ротор, совмещенный с таходатчиком, выполнен ввиде зубчатого колеса, на поверхностькоторого нанесено покрытие переменнойтолщины, образующее гладкую цилиндрическую поверхность, причем материалыпокрытия и зубчатого колеса имеют разные значения волнового сопротивления,а толщина покрытия над зубом не Превышает 0,5 мм.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМф 614477, кл. Н 0141/08, 1976.2. Авторское свидетельство СССРВ 624279, кл. О 11 В 15/40, 1977.3. Авторское свидетельство СССРУ 58433,.кл. С 11 В 5/40, 1975(05 ч Составитель Р. Волченковаактор, Л. Тюрина Техред Ж.Кастелевич Корректор ницка каэ 2 79 нног ений ауш Патент Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 787ВНИИПИ Государст по делам изобр13035, Москва, ЖПодписное омитета СССР открытий кая наб., д. 4/5