LT4600B

LT4600B - A vibratory engine

Info

Publication number: LT4600B
Application number: LT98-044A
Authority: LT
Inventors: Vaclovas Kiškis; Saulius Babianskas
Original assignee: Vaclovas Kiškis; Saulius Babianskas
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-12-27
Also published as: LT98044A

Abstract

This invention is related to electrical engines. The vibration engine consists of a body (1), rotor (3) and vibrator (2), which has a metallic plate (5) and one or two glued piezo-ceramic plates (6). The vibrator (2) is fixed in the body (1) with an elastic holder (7), which holds a tip of the metallic plate (5) resting against the rotor (3) and allows the vibrator (2) to change a resting angle when the load moment changes. The tip of the metallic plate (5) in contact with rotor (3) is covered with wear resistant material. Piezo-ceramic plates (6) are glued with electro-conductive glue.

Description

Išradimas priskiriamas prie elektrotechninių įrengimų - mažo galingumo specialių elektros varikliu, kuriuose elektros energija paverčiama ultragarsiniais vibratoriaus virpesiais, o pastarieji sukamuoju rotoriaus judesiu.The invention relates to electrotechnical devices - a low power special electric motor, which converts electricity into ultrasonic vibrator vibrations, the latter of which are rotated by rotor motion.

Yra žinomas vibrovariklis, aprašytas autoriniame liudijime SU - 706 876, turintis vibratorių ir rotorių. Ultragarsinių mechaninių virpesių vibratorius susideda iš dviejų plonėjančių metalinių strypų, tarp kurių storesniųjų galų suspausti du pjezokeraminiai diskai ir laikiklis. Plonasis vibratoriaus galas įremtas į rotorių.There is a known vibrator motor described in SU-706 876 which has a vibrator and a rotor. Ultrasonic mechanical vibration vibrator consists of two tapered metal rods with two piezo-ceramic discs and a holder clamped between the thicker ends. The thin end of the vibrator is mounted on the rotor.

Tokio vibrovariklio vibratorius turi mechaniškai tvirtą konstrukciją, plonėjantvs strypai yra mechaninių virpesių amplitudės stiprintuvai (koncentratoriai), bet dėl sudėtingos, didelių gabaritų konstrukcijos jo negalima naudoti mikrovibrovarikliuose. Patento DE - PS 2 530 045 aprašyme pateikta vibrovariklio konstrukcija, kur ultragarsinių mechaninių virpesių vibratorius yra stačiakampė pjezokeraminė plokštelė, vienu galu įremta į korpusą, o kitu į rotorių.The vibrator of such an oscillator has a mechanically robust construction, the thinner rods are amplifiers of mechanical vibration amplitude (concentrators), but due to the complicated, bulky construction it cannot be used in micromotor motors. DE - PS 2 530 045 describes a vibrating motor design in which the vibrator of the ultrasonic mechanical vibrations is a rectangular piezo - ceramic plate which is mounted on one end on the housing and on the rotor.

Šio vibrovariklio vibratorius yra labai paprastas, bet dėl pjezokeramikos trapumo mechaniškai nėra tvirtas ir negali būti padarytas labai plonas.The vibrator of this vibrating motor is very simple but due to the brittleness of piezo-ceramics it is not mechanically strong and cannot be made very thin.

Išradimo uždavinys pateikti paprastą, mechaniškai atsparią vibrovariklio konstrukciją, ypač tinkamą panaudoti mikrovibrovarikliuose ( varikliuose, kurių išėjimo galingumas mažesnis negu vienas vatas, ir maitinimo įtampa mažesnė,negu penkiolika voltų)SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a simple, mechanically resistant vibrator motor design, particularly suitable for use in micro vibrator motors (motors with an output of less than one watt and a supply voltage of less than fifteen volts).

Šį uždavinį išsprendžia vibrovariklis pagal išradimo apibrėžties 1 punkto bendrąją dalį tuo, kad vibratorius susideda iš suklijuotų tarpusavyje metalinės ir pjezokeraminės plokštelių ir per vidurį elastiniu laikikliu,leidžiančiu, priklausomai nuo apkrovimo momento, keisti įrėmimo į rotorių kampą, įtvirtintas korpuse.This problem is solved by the vibrating motor according to the general part of claim 1, in which the vibrator consists of metal and piezo-ceramic plates glued together with an elastic bracket in the middle allowing, depending on the moment of loading, to change the angle of the rotor frame.

Siekiant išradimo tikslo, kai kurie esminiai požymiai konkretizuojami arba pateikiami keli jų variantai:For the purpose of the invention, some essential features are specified or provided in several variants:

vibratorius turi metalinę plokštelę, prie kurios iš abiejų pusių priklijuotos pjezokeraminės plokštelės;the vibrator has a metal plate with piezo-ceramic plates on both sides;

- pjezokeraminės plokšteles priklijuotos elektrai laidžiais klijais, kurių tamprumo modulis yra artimas metalų tamprumo moduliui;- piezo-ceramic wafers are bonded with an electrically conductive adhesive having a modulus of elasticity close to that of the metals;

elastinis laikiklis susideda iš vienos arba dviejų stačiakampės formos pagalvėlių, pritvirtintų iš vienos arba abiejų vibratoriaus pusių;the elastic support consists of one or two cushions of rectangular shape mounted on one or both sides of the vibrator;

- elastinis laikiklis yra žiedo formos, o vibratorius įtvirtintas žiedo viduje; rotoriui panaudotas riedėjimo guolis, į kurio išorinį žiedą įremtas vibratorius ir pritvirtintas išėjimo velenas;- the elastic holder is ring-shaped and the vibrator is mounted inside the ring; a roller bearing using a vibrator and an output shaft mounted on its outer ring;

vibratoriaus metalinės plokštelės galas, kontaktuojantis su rotoriumi, padengtas dėvėjimui atsparia medžiaga.the end of a metal plate of the vibrator in contact with the rotor covered with a wear-resistant material.

Pateikiamo išradimo pranašumas yra tai. kad, nepriklausomai nuo gabaritų, vibratorius turi mechaniškai tvirtą ir paprastą konstrukciją. Metaline vibratoriaus plokštelė tarnauja kaip armatūra.Plonų (plonesnių kaip 0,3 mm) pjezokeraminių plokštelių panaudojimas leidžia sumažinti vibrovariklio maitinimo įtampą. Elastinis laikiklis, prie kurio pritvirtintas vibratorius, ne tik įremia vibratoriaus galą į rotorių, bet. priklausomai nuo apkrovimo momento, leidžia vibratoriui keisti įrėmimo kampą, o tai praplečia vibrovariklio optimalių darbo sąlygų diapazoną.An advantage of the present invention is this. so that, regardless of size, the vibrator has a mechanically robust and simple design. The metal plate of the vibrator serves as a reinforcement. The use of thin piezo-ceramic plates (thinner than 0.3 mm) allows the power supply voltage of the vibrator to be reduced. The elastic holder to which the vibrator is attached not only rests the end of the vibrator on the rotor but also. allows the vibrator to change the frame angle depending on the loading moment, which extends the range of optimum operating conditions of the vibrator.

Išradimas aprašomas vienu pateiktu brėžinyje konstrukcijos variantu dviejose projekcijose:The invention is described in one embodiment of the drawing in two projections:

fig. - vaizdas iš priekio:FIG. - front view:

fig. - vaizdas iš šono.FIG. - side view.

Vibrovariklis susideda iš korpuso 1, vibratoriaus 2. rotoriaus 3 ir dangtelio 4. Vibratorius 2 turi metalinę plokštelę 5 ir prie jos elektrai laidžiais klijais priklijuotą pjezokeraminę plokštelę 6. Vibratorius 2 įtvirtintas korpuse 1 elastiniu laikikliu 7, o jo metalinės plokštelės 5 galas įremtas į rotorių 3.Nuo išorinio pjezokeraminės plokšteles 6 elektrodo ir metalinės plokštelės 5 padaryti išvadai 8. per kuriuos į vibratorių 2 paduodama maitinimo įtampa. Rotorius 3 susideda iš riedėjimo guolio 9 ir išėjimo veleno 10. pritvirtinto prie riedėjimo guolio 9 išorinio žiedo. Riedejimo guolis 9 pastatytas ant įtvirtintos korpuse 1 ašies 11.The vibrator comprises a housing 1, a vibrator 2, a rotor 3, and a cover 4. The vibrator 2 has a metal plate 5 and a piezo-ceramic plate 6 electrically bonded thereto. The vibrator 2 is secured to the housing 1 by an elastic holder 7 and 3. From the outer piezo-ceramic plates 6 to the electrode and the metal plates 5 to the output 8. through which the supply voltage is supplied to the vibrator 2. The rotor 3 consists of a rolling bearing 9 and an output shaft 10 mounted on the outer ring of the rolling bearing 9. The roller bearing 9 is mounted on an axis 11 11 of the housing 1.

Vibratorius 2 yra ultragarsinė išilginių mechaninių virpesių sistema, turinti rezonansinį dažnį. Jo ilgis lygus pusei rezonansinio dažnio bangos ilgio.Vibrator 2 is an ultrasonic system of longitudinal mechanical vibrations with a resonant frequency. Its length is equal to half the wavelength of the resonant frequency.

Yibrovariklis dirba tokiu būdu. Per išvadus 8 į vibratorių 2 paduodama kintama maitinimo įtampa, kurios dažnis lygus vibratoriaus 2 rezonansiniam dažniui. To dėka jame susižadina išilginiai mechaniniai virpesiai. Virpesių amplitudės vibratoriaus 2 ilgyje pasiskirsto taip. kad jo galuose yra didžiausios amplitudės, o elastinio laikiklio 7 tvirtinimo vietoje yra minimalios. Kadangi vibratoriaus 2 metalinės plokštelės 5 galas kampu φ įremtas į rotorių 3. tai jis mažais mikrometro eiles žingsneliais stumia (suka) jį fig. 1 parodyta kryptimi, {rėmimo kampas φ gali kisti plačiose ribose nuo 30° iki 70°. Nustatyta, kad. esant mažam trėmimo kampui φ, sukimosi greitis bus didesnis, o sukimo momentas mažesnis ir atvirkščiai - didinant įrėminto kampą φ, sukimosi greitis mažėja, o sukimo momentas didėja. Elastinis laikiklis 7 padarytas taip. kad. didėjant apkrovimo momentui, leidžia vibratoriui 2 padidinti trėmimo kampą. To dėka praplatėja vibrovariklio optimalių darbo sąlygų diapazonas, padidėja paleidimo momentas. Vibratoriaus 2 tvirtinimas per vidurį elastiniu laikikliu 7 neleidžia atsirasti parazitiniams akustiniams triukšmams. Vibrovariklio ilgaamžiškumui padidinti ir. siekiant sumažinti metalinės plokšteles 5 nudilimą, siūloma minėtos plokštelės galą padengti dilimui atsparia medžiaga. Tam tinka įvairūs termocheminiai padengimai, pvz. azotavimas. taip pat specialūs padengimai su įvedimu į jį deimanto, silicio karbido mikrodalelių.The yibro engine works this way. The output 8 provides an alternating supply voltage to the vibrator 2 at a frequency equal to the resonant frequency of the vibrator 2. This causes longitudinal mechanical vibrations in it. The amplitude of the vibration in the length of the vibrator 2 is distributed as follows. that its ends have the highest amplitudes and that the elastic bracket 7 at the point of attachment is minimal. As the end 5 of the metal plate 5 of the vibrator 2 is supported by the rotor 3 at an angle tai, it pushes (rotates) it in small steps of a micrometer in fig. 1, the angle of support φ can vary within a wide range of 30 ° to 70 °. It was determined that. with a low friction angle φ, the speed of rotation will be higher and the torque will be lower, and vice versa, increasing the frame angle φ will reduce the speed of rotation and the torque will increase. The elastic bracket 7 is made as follows. that. allows the vibrator 2 to increase the crank angle with increasing load moment. This extends the range of optimum operating conditions of the vibrator motor and increases the starting torque. The middle mounting of the vibrator 2 with the elastic holder 7 prevents parasitic acoustic noises. To increase vibration engine durability and. in order to reduce wear on the metal plate 5, it is proposed to cover the end of said plate with a wear-resistant material. Various thermochemical coatings are suitable for this purpose, e.g. nitrogenization. as well as special coatings with the introduction of diamond, silicon carbide microparticles.

Pateikiamas išradimas leidžia miniatiūrizuoti vibratoriaus, o tuo pačiu ir vibrovariklio konstrukciją.The present invention makes it possible to miniaturize the construction of a vibrator and thus of a vibrator motor.

Claims

DEFINITION OF INVENTION

A vibratory motor comprising a housing (1), a rotor (3) housed therein and a vibrator (2) having a piezo-ceramic plate (6). characterized in that the vibrator (2) consists of interlocking plates of metal (5) and piezo-ceramic (6) and an elastic holder (7) in the middle. allowing the rotation (support to rotor (3) angle) to be varied depending on the load moment.

Vibrator according to claim 1, characterized in that the vibrator (2) has a metal plate (5). to which piezoceramic plates (6) are glued on both sides.

Vibrating motor according to claim 1.2, characterized in that. that the piezoceramic plates (6) are glued with an electrically conductive adhesive having a modulus of elasticity close to that of the metals.

Vibrator according to Claim 1,2, characterized in that the elastic holder (7) consists of one or two cushions mounted on one or both sides of the vibrator (2).

Vibrator according to Claim 1.2, characterized in that the elastic holder (7) is ring-shaped and the vibrator (2) is mounted inside the ring.

Vibrating motor according to claims 1-5, characterized in that. that the roller bearing (9) is used for the rotor (3). the outer ring of which is fitted with an output shaft (10) and a supported vibrator (2).

Vibrator according to Claim 1.2, characterized in that the end of the metal plate (5) of the vibrator (2) is supported on the rotor (3) by a wear-resistant material.