LT6333B - Peizoelectric traveling wave device - Google Patents
Peizoelectric traveling wave device Download PDFInfo
- Publication number
- LT6333B LT6333B LT2015030A LT2015030A LT6333B LT 6333 B LT6333 B LT 6333B LT 2015030 A LT2015030 A LT 2015030A LT 2015030 A LT2015030 A LT 2015030A LT 6333 B LT6333 B LT 6333B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric element
- contact element
- rotor
- wave
- Prior art date
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
Technikos sritisTechnical field
Išradimas priskiriamas pjezoelektrinių pavarų sričiai. Jis gali būti panaudojamas kampinio pozicionavimo sistemose, tokiose kaip mikroskopų stalelių, skirtų tiriamiems objektams pozicionuoti, valdymui atliekant cheminių/biologinių terpių analizę, mechaniškai apdirbamiems metalo/medienos gaminiams pozicionuoti programinio valdymo staklėse ir panašiai.The invention relates to the field of piezoelectric actuators. It can be used in angular positioning systems, such as the control of microscope tables for positioning objects, chemical / biological media analysis, positioning of machined metal / wood products on software control machines and the like.
Technikos lygisState of the art
Yra žinomas įrenginys su pjezoelektrine pavara, kuriame varomosios grandies judesį formuoja pjezoelektrinis elementas su tam tikra tvarka išdėstytais elektrodais, kontaktuojantis su varomąja grandimi per trinčiai atsparias atramas, standžiai pritvirtintas prie pjezoelektrinio elemento (žr. JAV patentas Nr. 6765335 B2, 2004-07-20).There is a known device with a piezoelectric actuator in which the movement of the driving circuit is formed by a piezoelectric element with a certain arrangement of electrodes in contact with the driving circuit through abrasion-resistant supports rigidly fixed to the piezoelectric element (see U.S. Patent No. 6,765,335 B2, 2004-07-20). ).
Nurodytame įrenginyje virpesių energiją varomajai grandžiai iš pjezoelektrinio elemento perduodama per trinčiai atsparias atramas, kurios dalį virpesių energijos sugeria, kas sumažina pjezoelektrinio elemento išvystomą virpesių amplitudę ir pavaros efektyvumą.In the device, vibration energy is transmitted to the drive unit from the piezoelectric element through friction-resistant supports, which absorb part of the vibration energy, which reduces the amplitude of oscillation developed by the piezoelectric element and the efficiency of the actuator.
Yra žinoma sukamojo judesio pjezoelektrine pavara, kurią sudaro korpuse įmontuotas pjezoelektrinis žiedas su elektrodais, ant kurio plokščio paviršiaus pritvirtintas žiedo formos tampraus ir trinčiai atsparaus kontaktinio elemento junginys, sąveikaujantis su analogiškos formos rotoriumi. Rotorius yra sujungtas su varomąja grandimi (velenu). Pjezoelektrinio žiedo elektrodai prijungti prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio (žr. JAV patentas Nr. 4562374, 1985-12-31).A rotary piezoelectric actuator is known, which comprises a piezoelectric ring with electrodes mounted in a housing on which a ring-shaped resilient and abrasion-resistant contact member interacting with an analogue rotor is mounted on a flat surface. The rotor is connected to the drive unit (shaft). The piezoelectric ring electrodes are connected to a high frequency power supply (see U.S. Patent No. 4,562,374, December 31, 1985).
Nurodytame prototipe sukamąjį veleno judesį formuoja bėgančios bangos virpesiai, kuriami elektriniu būdu, sužadinto pjezoelektrinio žiedo, kurio plokščio paviršiaus visi taškai juda elipsinėmis trajektorijomis. Mikrometrų dydžio eilės virpesiai yra perduodami į žiedo formos tampraus ir trinčiai atsparaus kontaktinio elemento junginį bei rotorių ir varomąją grandį (veleną). Įrenginio konstrukcijoje naudojamas žiedo formos tampraus ir trinčiai atsparaus kontaktinio elemento junginys sumažina pjezoelektrinio žiedo generuojamų virpesių lygį ir pjezoelektrinės pavaros efektyvumą.In the above prototype, the rotational motion of the shaft is formed by a traveling wave oscillation generated by an electrically excited piezoelectric ring whose planar surface moves all points along elliptical trajectories. Micrometer-sized row oscillations are transmitted to a ring-shaped elastic and abrasion-resistant contact member as well as to a rotor and drive link (shaft). The ring-shaped elastic and abrasion-resistant contact element used in the design of the device reduces the level of vibration generated by the piezoelectric ring and the efficiency of the piezoelectric actuator.
Išradimo esmėThe essence of the invention
Išradimo tikslas - padidinti įrenginio generuojamą sukimo momentą, padidinant pjezoelektrinio elemento generuojamų bėgančios bangos virpesių amplitudę ir sumažinti vibrosmūginį poveikį į pjezoelektrinį elementą, jam dinamiškai kontaktuojant su varomąja grandimi, bei virpesių dinaminį poveikį įrenginio tvirtinimo elementams.The object of the invention is to increase the torque generated by the device by increasing the amplitude of the oscillating wave oscillations generated by the piezoelectric element and reducing the vibratory impact on the piezoelectric element by its dynamic contact with the driving circuit and the dynamic effect of the oscillations on the device mounting elements.
Išradimo tikslas pasiekiamas tuo, kad pjezoelektriniame bėgančios bangos įrenginyje, kurį sudaro stačiakampio profilio žiedinis pjezoelektrinis elementas su elektrodais, prijungtais prie daugiafazio harmoninių signalų generatoriaus, kontaktinio elemento ir rotoriaus, kur kontaktinis elementas yra siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos, kuris prie stačiakampio profilio pjezoelektrinio elemento plokščiojo žiedinio paviršiaus yra standžiai pritvirtintas savo platesniuoju galu, prie jo šiauresniojo galo, išorinių jėgų pagalbą, prispaustas rotorius, o šonuose sumontuoti tvirtinimo elementai. Be to, siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktinio elemento ilgis L yra lygus sužadintų virpesių stovinčios bangos pusbangiui λ/2 ir kurio mazginiame taške sumontuoti tvirtinimo elementai. Taip pat, siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktinio elemento sienelėje, ties pjezoelektrinio elemento fazinių elektrodų skyrimo linijomis yra suformuotos trikampio formos kiaurymės, o jų skaičius yra lygus pjezoelektrinio elemento fazinių elektrodų skaičiui.The object of the present invention is achieved in that in a piezoelectric traveling wave device consisting of a rectangular profile annular piezoelectric element with electrodes connected to a polyphase harmonic oscillator, a contact element and a rotor, wherein the contact element is in the form of a tapered rectangular cylindrical profile. the annular surface is rigidly attached to its wider end, to its north end, by external forces, pressed rotor, and laterally mounted fasteners. In addition, the tapered contact element L of tapering hollow profile has a length L equal to the half wave λ / 2 of the excitation oscillating standing wave, with its fastening elements at its nodal point. Also, at the wall of the tapered cylindrical contact member of the tapered section, triangular holes are formed at the line of separation of the phase electrodes of the piezoelectric element and their number is equal to the number of phase electrodes of the piezoelectric element.
Trumpas brėžinių aprašymasBrief description of the drawings
Išradimo esmė paaiškinta pateiktose figūrose.The invention is explained in the following figures.
figūroje pavaizduota pjezoelektrinio bėgančios bangos įrenginio konstrukcija: a - įrenginio šoninis pjūvis; b - žiedinio pjezoelektrinio elemento fazinių elektrodų suskirstymas keturių fazių bėgančios bangos virpesiams sukurti.Fig. 2A shows the construction of a piezoelectric traveling wave device: a - side view of the device; b is the phase electrode breakdown of the piezoelectric cell for generating four-phase traveling wave vibrations.
figūroje pavaizduota pjezoelektrinio keturių fazių bėgančios bangos įrenginio konstrukcijos tuščiavidurio cilindro išklotinė , kurio sienelėje suformuotos keturios trikampio formos kiaurymės.Fig. 4A is an embodiment of a hollow cylinder construction of a piezoelectric four-phase traveling wave device with four triangular holes in the wall.
Pjezoelektrinį bėgančios bangos įrenginį sudaro stačiakampio profilio žiedinis pjezoelektrinis elementas 1 su elektrodais (sekcionuotas į ne mažiau kaip 3 elektrodus), bėgančią bangą žiediniame pjezoelektriniame elemente 1 formuojantis daugiafazis harmoninis signalų generatorius 2, rotorius 3, siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktinis elementas 4, tvirtinimo elementai 5. Kad siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktiniame elemente 4 būtų sužadintos kuo didesnės rezonansinių virpesių amplitudės, jis yra gaminamas iš medžiagos, turinčios aukštą mechaninės kokybės koeficientą. Be to, siekiant suvienodinti jo išilginių ir lenkimo pirmos formos rezonansinių bėgančios bangos virpesių dažnius, gali būtį keičiamas jo vidutinis sienelės storis arba jo sienelėje ties pjezoelektrinio elemento fazinių elektrodų skyrimo linijomis formuojamos trikampio formos kiaurymės 6, lygiagrečios išilginei siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktinio elemento 4 simetrijos ašiai.The piezoelectric traveling wave device consists of a rectangular profile annular piezoelectric element 1 with electrodes (sectioned into at least 3 electrodes), a multi-phase harmonic signal generator 2, a rotor 3, a tapered cylindrical contact element, a tapered element, a tapered wave element, 5. In order to excite as much resonant oscillations as possible in the cylindrical contact member 4 of the tapered hollow profile, it is made of a material having a high mechanical quality factor. In addition, it may be necessary to vary its mean wall thickness or its triangular apertures 6, parallel to the longitudinal tapering cylindrical profile 4, to equalize its longitudinal and bending first-wave resonant traveling wave oscillations. to the axis of symmetry.
Išradimo realizavimasImplementation of the invention
Įrenginys veikia taip.The device works as follows.
Prie stačiakampio profilio žiedinio pjezoelektrinio elemento 1 elektrodų prijungus aukšto dažnio keturių fazių elektrinį signalą (Usin(u)t), Usin(oūt+9O°), Usin(<A)t+180°) ir Ucos(u)t+270°), stačiakampio profilio žiediniame pjezoelektriniame elemente 1 kuriamų virpesių fazės skiriasi, priklausomai nuo jo elektrodų suskirstymo ir į juos tiekiamos atitinkamos įtampos iš daugiafazio harmoninio signalų generatoriaus 2 (žiūr. 1 fig.). Tuo būdu, stačiakampio profilio žiediniame pjezoelektriniame elemente 1 sužadinti bėgančios bangos virpesiai per siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktinį elementą 4, atliekantį bangolaidiorezonatoriaus funkcijas yra perduodami į rotoriaus 3 galinį paviršių. Sukamąjį judesį formuoja trinties jėga tarp rotoriaus 3 galinio paviršiaus ir stačiakampio profilio žiedinio pjezoelektrinio elemento 1 virpesių sužadinto, siaurėjančio profilio tuščiavidurio cilindro formos kontaktinio elemento 4 galo, kurio žiedinio paviršiaus visi taškai juda elipsinėmis trajektorijomis, sukeltomis bėgančios bangos efekto. Kad padidinti kontaktinio elemento 4 šiauresniojo galo bėgančios bangos virpesių amplitudę, jame sužadinami daugiafaziai (fazių skaičius turi būti nemažiau trijų) išilginiai ir lenkimo pirmos formos rezonansiniai stovinčios bangos virpesiai, kurių pusės bangos ilgis λ/2 lygus siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktino elemento 4 ilgiui L, t.y. λ/2 =L. Dėl siaurėjančios kontaktinio elemento 4 tuščiavidurio profilio cilindro formos, virpesių amplitudė šiauresniajame jo gale padidėja proporcingai galinių paviršių plotų santykiui. Papildomai suformavus siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktinio elemento 4 sienelėje trikampio formos kiaurymes 6 (žiūr. fig.2), yra padidinama kontaktinio elemento 4 Šiauresniojo galo virpesių amplitudė ir formuojama tikslesnė sužadintos bėgančios bangos forma, nes sumažėja skirtingų fazių virpesių tarpusavio įtaka. Kadangi pjezoelektrinio elemento 1 kontaktiniame elemente 4 yra sužadinti daugiafaziai stovinčios bangos virpesiai, kurie jo galuose turi savo maksimumus, o plokštumoje 00 yra mazginis stovinčios bangos virpesių taškas (virpesių amplitudė artima nuliui, žiūr. fig.1), tai efektyviausia pjezoelektrinio bėgančios bangos įrenginio tvirtinimo elementus išdėstyti šioje plokštumoje, nes juos mažiausiai veiks pjezoelektrinio elemento 1 sužadinti virpesiai. Tiekiant aukšto dažnio įtampą į pjezoelektrinio elemento 1 elektrodus, rotorius 3 yra kryptingai sukamas apie įrenginio simetrijos ašį. Norint pakeisti rotoriaus 3 sukimosi kryptį (pjezoelektriniame elemente 1 bėgančios bangos sklidimo kryptį), į du pjezoelektrinio elemento 1 elektrodus patenkantys skirtingų fazių elektriniai signalai sukeičiami vietomis, pvz., į Usin(u)t) fazės įtampai numatytą elektrodą tiekiama Usin(cot+9O°) fazės įtampa ir atvirkščiai - į Usin(u)t+90°) fazės įtampai numatytą elektrodą tiekiama Usin(u)t) fazės įtampa.By applying a high-frequency four-phase electrical signal (Usin (u) t), Usin (o + 9 °), Usin (≤ A) t + 180 ° and Ucos (u) t + 270 ° to the electrodes of the rectangular section 1 piezoelectric element. ), the oscillation phases of the rectangular profile in the annular piezoelectric element 1 differ depending on its electrode arrangement and are supplied with corresponding voltages from the polyphase harmonic signal generator 2 (see Fig. 1). In this way, the traveling wave vibrations excited in the annular piezoelectric element 1 of the rectangular profile are transmitted to the rear surface of the rotor 3 via the cylindrical contact element 4 of the tapered hollow profile performing the functions of a waveguide. The rotational motion is formed by the frictional force between the end face of the rotor 3 and the oscillating end of the rectangular profile annular piezoelectric element 1, which is excited by a tapered cylindrical contact member 4, whose circular surface moves at elliptic trajectories caused by a traveling wave effect. In order to increase the amplitude of the traveling wave oscillation of the north end of the contact element, it excites multiphase (at least three phases) longitudinal and bending first-form resonant standing wave oscillations with half-wavelength λ / 2 equal to tapering cylindrical contact element 4 L, ie λ / 2 = L. Due to the tapered cylindrical shape of the contact member 4, the amplitude of the oscillations at its north end is increased in proportion to the ratio of the end surface areas. By additionally forming triangular holes 6 (see Fig. 2) in the wall of the tapered cylindrical contact member 4 (see Fig. 2), the amplitude of the oscillation of the narrower end of the contact member 4 is increased and a more precise excited wave wave is formed. Since the contact element 4 of the piezoelectric element 1 is excited by a multiphase standing wave oscillation which has its maxima at its ends and the nodal point of the standing wave oscillation in the plane 00 (oscillation amplitude is close to zero, see Fig. 1) the elements are arranged in this plane because they will be least affected by the vibrations excited by the piezoelectric element 1. When the high-frequency voltage is supplied to the electrodes of the piezoelectric element 1, the rotor 3 is rotated in a directionally rotational direction about the axis of symmetry of the device. In order to change the direction of rotation of the rotor 3 (the propagation direction of the wave traveling in the piezoelectric element 1), the electrical signals of different phases entering the two electrodes of the piezoelectric element 1 are reversed, for example the Usin (cot + 9O) °) phase voltage and vice versa the Usin (u) t) phase voltage is supplied to the electrode provided for the Usin (u) t + 90 °) phase voltage.
Pramoninis pritaikomumasIndustrial applicability
Palyginus su prototipu, nauja konstrukcinių elementų visuma, dėka siaurėjančio tuščiavidurio profilio cilindro formos kontaktinio elemento 4, padidina įrenginio generuojamą sukimo momentą ir efektyvumą, nes padidėja pjezoelektrinio elemento generuojamų bėgančios bangos virpesių amplitudė ir sumažėja vibrosmūginis poveikis į pjezoelektrinį elementą, jam dinamiškai kontaktuojant su varomąja grandimi, taip pat sumažina virpesių dinaminį poveikį įrenginio tvirtinimo elementams.Compared to the prototype, the new set of structural elements, thanks to the tapered cylindrical contact member 4, increases the torque and efficiency generated by the device by increasing the amplitude of the traveling wave oscillations generated by the piezoelectric element and decreasing vibration impact on the piezoelectric element , also reduces the dynamic effect of vibrations on the unit's mounting brackets.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2015030A LT6333B (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Peizoelectric traveling wave device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2015030A LT6333B (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Peizoelectric traveling wave device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2015030A LT2015030A (en) | 2016-10-25 |
| LT6333B true LT6333B (en) | 2016-12-12 |
Family
ID=57181483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2015030A LT6333B (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Peizoelectric traveling wave device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT6333B (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4562374A (en) | 1982-02-25 | 1985-12-31 | Toshiiku Sashida | Motor device utilizing ultrasonic oscillation |
| US6765335B2 (en) | 2001-06-12 | 2004-07-20 | Physik-Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Piezoelectric adjusting element |
-
2015
- 2015-04-24 LT LT2015030A patent/LT6333B/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4562374A (en) | 1982-02-25 | 1985-12-31 | Toshiiku Sashida | Motor device utilizing ultrasonic oscillation |
| US6765335B2 (en) | 2001-06-12 | 2004-07-20 | Physik-Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Piezoelectric adjusting element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT2015030A (en) | 2016-10-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0674350B1 (en) | Ultrasonic motor | |
| CN105960291B (en) | Power converter cells | |
| US11005352B2 (en) | Device for generating electrical power from low frequency oscillations | |
| KR19990014005A (en) | Ultrasonic devices | |
| JP4119903B2 (en) | Flat plate piezoelectric ultrasonic motor | |
| CN111464070A (en) | Linear ultrasonic motor stator and electric excitation method thereof | |
| KR101682962B1 (en) | Vibration energy harvesting device having drum head structure | |
| LT6333B (en) | Peizoelectric traveling wave device | |
| US7608982B2 (en) | Stacked type piezoelectric element and vibration wave motor | |
| JP2007237388A (en) | Cutting apparatus | |
| KR101225008B1 (en) | Piezoelectric vibrator of ultrasonic motor | |
| JPH0311983A (en) | Driving method of ultrasonic motor and vibrator for ultrasonic motor | |
| JPS6128482A (en) | Ultrasonic vibration generating method and device thereof | |
| Xu et al. | A crossbeam linear ultrasonic motor using bending vibrations | |
| JPH03265477A (en) | Ultrasonic wave oscillator, oscillating method, driver and driving method employing the same | |
| KR101251779B1 (en) | A Ultrasonic Motor | |
| CN102684547A (en) | Composite metal ceramic tubular piezoelectric motor | |
| JPH07264882A (en) | Ultrasonic motor | |
| JP2004289914A (en) | Ultrasonic motor | |
| JPH0284080A (en) | Oscillator and ultrasonic motor | |
| JP2538033B2 (en) | Planar ultrasonic actuator | |
| JPH02262875A (en) | Ultrasonic vibrator and ultrasonic motor using the same vibrator | |
| LT7061B (en) | High power piezoelectric motor with control system | |
| JP2007135267A (en) | Ultrasonic motor | |
| Ting et al. | P3P-6 modeling and design of a linear actuator by Langevin vibrators |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20161025 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20161212 |
|
| MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20170424 |