LT7097B - Piezoelectric rotary motion motor - Google Patents

Piezoelectric rotary motion motor Download PDF

Info

Publication number
LT7097B
LT7097B LT2024005A LT2024005A LT7097B LT 7097 B LT7097 B LT 7097B LT 2024005 A LT2024005 A LT 2024005A LT 2024005 A LT2024005 A LT 2024005A LT 7097 B LT7097 B LT 7097B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
plates
stator
piezoelectric
motor
piezoelectric bimorph
Prior art date
Application number
LT2024005A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2024005A (en
Inventor
Dalius MAŽEIKA
Andrius ČEPONIS
Sergejus BORODINAS
Laurynas ŠIŠOVAS
Original Assignee
VšĮ Vilniaus Gedimino technikos universitetas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VšĮ Vilniaus Gedimino technikos universitetas filed Critical VšĮ Vilniaus Gedimino technikos universitetas
Priority to LT2024005A priority Critical patent/LT7097B/en
Publication of LT2024005A publication Critical patent/LT2024005A/en
Publication of LT7097B publication Critical patent/LT7097B/en

Links

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

The invention is designed to create a piezoelectric rotary motion motor, which increases the speed of rotation, torque, motion precision, and expands the capabilities of the motor. The motor consists of a stator (2), made of piezoelectric bimorph plates (14), connected to a cylinder-shaped tube (15). Stator supports (11) are irreversibly attached to the mounting plates (4), while friction contacts (16) are placed on the upper and lower planes of the stator (2). Disk-shaped rotors (5, 6) pressed against friction contacts (16) are connected by a shaft (8). Rotary motion is obtained by exciting piezoelectric bimorph plates (14) with a non­harmonic sawtooth signal, thus creating a smooth rotary motion. Slits (17) in the cylinder­shaped tube (15) ensure the lowest possible stiffness of the stator (2), and the geometrical properties of the supports (11) are selected to match the bending and torsional vibration frequencies of the plezoelectric bimorph plates (14) and supports (11). To improve the precision and capabilities of the motor's motion, the non-harmonic signal is changed to a steadily rising or descending one, causing the rotors (5, 6) and shaft (8) to move proportionally to the displacements of the piezoelectric bimorph plates (14).

Description

IŠRADIMO SRITISFIELD OF THE INVENTION

Šis išradimas priskiriamas elektro-mechaninių, mechatroninių sistemų ir robototechnikos sritims. Pjezoelektrinio variklio koncepcija, konstrukcija, sudarymo ir veikimo principai gali būti taikomi kuriant mažo tūrio, aukšto tikslumo sukamojo judesio pavaras skirtas valdyti optinių įrenginius tokių kaip lęšiai, veidrodžiai ar optiniai filtrų kampinę padėtį. Pozicionavimo ar kitos aukšto tikslumo judesio pavaros, sukurtos naudojant šį pjezoelektrinį variklį, taikytinos lazerio spindulio, tiriamo bandinio pozicionavimui ar kitų objektų kampinės pozicijos valdymui, nustatymui ir derinimui nenutrūkstamame cikle.This invention belongs to the fields of electro-mechanical, mechatronic systems and robotics. The concept, design, construction and operation principles of the piezoelectric motor can be applied to the development of small volume, high precision rotary motion actuators for controlling the angular position of optical devices such as lenses, mirrors or optical filters. Positioning or other high-precision motion actuators developed using this piezoelectric motor are applicable for controlling, determining and adjusting the angular position of the laser beam, test specimen or other objects in a continuous cycle.

TECHNIKOS LYGISSTATE OF THE ART

Aukšto tikslumo lazerinių ir kitų optinių sistemų naudojimas įvairiose pramonės, medicinos ar mokslinių tyrimų srityse leidžia pagerinti šių veiklos sričių rezultatus, didinti įrenginių tikslumą, kokybę bei skatina tvarų vystymąsi. Tačiau sparčiai besivystant šioms sritims didėja poreikis ypač tiksliai valdyti ir derinti optinių sistemų, lęšių, veidrodžių, tiriamųjų bandinių ar kitų objektų kampinę poziciją. Siekiant patenkinti šį poreikį, naudojamos pjezoelektrinės pavaros, varikliai ir vykdikliai, kurie gali užtikrinti tinkamą objekto pozicionavimo tikslumą ir jo atkartojimą. Šiuo metu yra žinomi keli techniniai sprendimai ir patentai, kurie siūlo šių techninių problemų sprendimus.The use of high-precision laser and other optical systems in various fields of industry, medicine or scientific research allows to improve the results of these fields of activity, increase the accuracy and quality of devices and promotes sustainable development. However, with the rapid development of these fields, the need for extremely accurate control and adjustment of the angular position of optical systems, lenses, mirrors, test specimens or other objects is increasing. In order to meet this need, piezoelectric actuators, motors and actuators are used, which can ensure proper object positioning accuracy and repeatability. Several technical solutions and patents are currently known that offer solutions to these technical problems.

Patente CN109861582A aprašomas inercinis, sukamojo judesio pjezoelekthnis variklis, sudarytas iš stačiakampio pagrindo su cilindrine ertme. Į ertmę, per trinties jėgą, įmontuojama variklio ašis ant kurios sumontuojamas netaisyklingos formos stačiakampis rotorius, kuris paspyruokliuotai prispaustas prie ašies. Prie rotoriaus pritvirtinamos viena arba kelios bimorfinės pjezoelektrinės plokštelės, kurių laisvuose galuose sumontuojami svarsčiai. Žadinant bimorfinės pjezoelektrines plokšteles pjūklo formos signalu, kurio dažnis yra lygus arba artimas plokštelių pirmos lenkimo deformacijų modos dažniui, gaunamas rotoriaus sukamasis judesys. Sukimosi greitis ir momentas padidinamas naudojant rotoriaus asimetriškumą ir svarsčius, kurie užtikrina smūginį - inercinį variklio veikimo principą. Keičiant svarsčių masę, rotoriaus asimetriškumą ar plokštelių skaičių, gali būti kečiamas maksimalus variklio sukimosi greitis ir momentas.Patent CN109861582A describes an inertial, rotary motion piezoelectric motor consisting of a rectangular base with a cylindrical cavity. The motor axis is installed in the cavity, through the force of friction, on which an irregularly shaped rectangular rotor is mounted, which is spring-loaded to the axis. One or more bimorphic piezoelectric plates are attached to the rotor, and weights are mounted on their free ends. Exciting the bimorph piezoelectric plates with a saw-tooth signal whose frequency is equal to or close to the frequency of the first bending deformation mode of the plates results in a rotary motion of the rotor. Rotational speed and torque are increased using the asymmetry of the rotor and weights, which ensure the shock-inertial principle of operation of the motor. By changing the mass of the weights, the asymmetry of the rotor or the number of plates, the maximum speed and torque of the motor can be changed.

Patente CN203491927U aprašomas inercinis, sukamojo judesio variklis, sudarytas iš keturių bimorfinių pjezoelektrinių plokštelių, pritvirtintų prie variklio statoriaus, o laisvuose plokštelių galuose pritvirtinti svarsčiai. Variklio statorius įtvirtintas prie variklio pagrindo taikant Z formos įtvirtinimo konstrukcijas, o disko formos rotorius patalpinamas ant viršutinės statoriaus dalies. Rotorius, statoriaus atžvilgiu, centruojamas pasitelkiant laiptuotą veleną, kuris per trinties jėgą įtvirtinamas statoriuje, o su rotoriumi sujungiamas per riedėjimo guolį. Sukamasis disko formos rotoriaus judesys gaunamas inerciniu - smūginiu principu žadinant pjezoelektrines bimorfines plokšteles harmoniniu signalu, kurio dažnis yra lygus arba artimas pirmai plokštelių lenkimo deformacijų modai. Inercinis - smūginis variklio veikimo principas gaunamas dėl pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių montavimo vertikalios variklio ašies atžvilgiu t.y. plokštelės montuojamos pasvirusios šios ašies atžvilgiu ko pasėkoje virpesių metu užtikrinamas tangentinis smūgis į statohų, kurio jėgos amplitudė sustiprinama svarsčiais, sumontuotais šių plokštelių laisvuose galuose kol inerciniai virpesiai gaunami dėl nesimetrinio šių plokštelių įtvirtinimo statoriuje. Variklio greitis ir sukimo momentas gali būti reguliuojami keičiant trinties jėgą tarp statoriaus ir rotoriaus, didinant arba mažinant žadinimo signalo amplitudes ir keičiant svarsčių mases.Patent CN203491927U describes an inertial, rotary motion motor consisting of four bimorph piezoelectric plates attached to the motor stator, with weights attached to the free ends of the plates. The motor stator is anchored to the motor base using Z-shaped anchoring structures, and the disk-shaped rotor is placed on the upper part of the stator. The rotor, relative to the stator, is centered with the help of a stepped shaft, which is anchored in the stator through frictional force, and is connected to the rotor through a rolling bearing. The rotational movement of the disk-shaped rotor is obtained by the inertial-shock principle by exciting the piezoelectric bimorph plates with a harmonic signal whose frequency is equal to or close to the first mode of plate bending deformations. The inertial-impact principle of motor operation is obtained due to the installation of piezoelectric bimorph plates in relation to the vertical axis of the motor, i.e. the plates are mounted inclined with respect to this axis, as a result of which a tangential impact to the stator is ensured during the oscillations, the force amplitude of which is amplified by the weights installed at the free ends of these plates, while inertial vibrations are obtained due to the asymmetric anchoring of these plates in the stator. Motor speed and torque can be adjusted by changing the friction force between the stator and the rotor, by increasing or decreasing the excitation signal amplitudes, and by changing the weights.

Patente CN112953297A aprašyta pjezoelektrinio inercinis sukamojo judesio variklio konstrukcija, kurią sudaro dvi aktyvios T formos bimorfines pjezoelektrines plokštelės ir dvi pasyvios T formos plokštelės, pagamintos iš tamprios medžiagos. Pasyvios ir aktyvios plokštelės sujungiamos tarpusavyje taikant jungiamąjį cilindrą paskirstant šias plokšteles tolygiai aplinkui vertikalią šio cilindro ašį sujungiant jas neišardomai su išoriniu cilindro paviršiumi. Prie viršutinių ir apatinių plokštelių galų, neišardomai, sumontuojami svarsčiai taip suformuojant variklio statorių. Statorius patalpinamas ant disko formos rotoriaus, o sukamasis rotoriaus judesys gaunamas žadinant bimorfines pjezoelektrines plokšteles neharmoniniu pjūklo formos signalu, kurio dažnis lygus arba artimas pirmai plokštelių virpesių modai. Žadinant variklį pjūklo formos elektriniu signalu, plokštelės deformuojasi nevienodu greičiu t.y. kai žadinimo įtampos signalas tolygiai didėja, statinė trinties jėga tarp statoriaus ir rotoriaus yra didesnė negu rotoriaus inercijos jėga, todėl rotorius juda kartu su statoriumi kol žadinimo signalas pasiekia savo maksimalią reikšmę. Tuomet signalo reikšmė staigiai krenta iki minimalios reikšmės ko pasėkoje plokštelių deformacijos kryptis ir greitis pasikeičia į priešingą ir plokštelių sukuriama jėga viršija statinę trinties jėgą tarp statoriaus bei rotoriaus ir taip sukuria praslydimą tarp jų. Kartojant aprašytą procesą gaunamas rotoriaus sukamasis judesys. Siekiant padidinti rotoriaus sukimosi greitį ir momentą gali būti didinamas bimorfinių pjezoelektrinių plokštelių skaičius arba žadinimo signalo amplitudė.Patent CN112953297A describes the design of a piezoelectric inertial rotary motion motor consisting of two active T-shaped bimorph piezoelectric plates and two passive T-shaped plates made of elastic material. Passive and active plates are connected to each other by applying a connecting cylinder, distributing these plates evenly around the vertical axis of this cylinder, and connecting them permanently to the outer surface of the cylinder. At the ends of the upper and lower plates, non-dismantling, weights are mounted to form the motor stator. The stator is placed on a disk-shaped rotor, and the rotary motion of the rotor is obtained by exciting the bimorph piezoelectric plates with a non-harmonic sawtooth signal with a frequency equal to or close to the first mode of vibration of the plates. When stimulating the motor with a saw-shaped electrical signal, the plates are deformed at different speeds, i.e. when the excitation voltage signal increases steadily, the static friction force between the stator and the rotor is greater than the inertia force of the rotor, so the rotor moves together with the stator until the excitation signal reaches its maximum value. Then the value of the signal suddenly drops to the minimum value, as a result of which the direction and speed of deformation of the plates change to the opposite and the force created by the plates exceeds the static friction force between the stator and the rotor and thus creates a slip between them. By repeating the described process, the rotary motion of the rotor is obtained. In order to increase the speed and torque of the rotor, the number of bimorph piezoelectric plates or the amplitude of the excitation signal can be increased.

IŠRADIMO ESMĖESSENCE OF THE INVENTION

Išradimo esmė ir tikslas yra padidinti pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio sukimosi greitį, sukimo momentą, kampinio judesio tikslumą bei išplėsti funkcines galimybes.The essence and purpose of the invention is to increase the rotational speed, torque, and accuracy of the angular movement of the piezoelectric rotary motion motor, as well as to expand the functional possibilities.

Išradimo tikslas pasiekiamas tuo, kad sukamojo judesio pjezoelektrinis varikis sudarytas iš statoriaus, kurį sudaro trys pjezoelektrinės bimorfinės plokštelės tolygiai išdėstytos aplink tampraus cilindro formos vamzdelio vertikalią ašį, o cilindro formos vamzdelyje suformuojamos trys įpjovos, kurios patalpinamos tarp pjezoelektrinių plokštelių taip suformuojant statorių. Frikciniai kontaktai patalpinami ant viršutinės ir apatinės kiekvienos pjezoelektrinės bimorfinės plokštelės plokštumų. Du disko formos rotoriai paspyruokliuotai prispaudžiami prie šių kontaktų. Vienas rotorius prispaudžiamas prie kontaktų, esančių bimorfinės plokštelės viršutiniame paviršiuje, kitas rotorius - prie apatinio paviršiaus. Rotorių prispaudimo jėga keičiama nustatant spyruoklės, kuri sumontuota ant viršutinio disko formos rotoriaus, suspaudimą. Statorius tvirtinamas korpuse naudojant cilindrines įtvirtinimo atramas, kurios sumontuojamos bimorfinių plokštelių viršutinėje ir apatinėje plokštumose.The purpose of the invention is achieved by the fact that the rotary motion piezoelectric motor consists of a stator, which consists of three piezoelectric bimorph plates evenly arranged around the vertical axis of an elastic cylindrical tube, and three slits are formed in the cylindrical tube, which are placed between the piezoelectric plates thus forming the stator. Friction contacts are placed on the top and bottom planes of each piezoelectric bimorph plate. Two disc-shaped rotors are spring-loaded against these contacts. One rotor is pressed against the contacts located on the upper surface of the bimorph plate, the other rotor - against the lower surface. The pressing force of the rotors is changed by setting the compression of the spring, which is mounted on the upper disk-shaped rotor. The stator is fixed in the housing using cylindrical anchoring supports, which are mounted on the upper and lower planes of the bimorph plates.

Variklio sukimosi greitis ir sukimo momentas didinami, kai nesimetriniu periodiniu elektriniu signalu, kurio dažnis lygus arba artimas pirmam pjezoelektrinų bimorfinių plokštelių lenkimo virpesių rezonansiniam dažniui, žadinamos plokštelių lenkimo deformacijos, kurių amplitudės didinamos pasitelkiant įpjovas, kurios suformuotos cilindro formos vamzdelyje. Įpjovų geometrinės savybės parenkamos taip, kad užtikrintų mažiausią galimą viso statoriaus standumą. Variklio sukimosi greitis taip pat didinamas, kai frikciniai kontaktai patalpinami ant viršutinių ir apatinių pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių plokštumų taip, kad jų tvirtinimo vietos sutaptų su bimorfinės plokštelės lenkimo virpesių maksimalių poslinkių zona, o statoriaus cilindrinių atramų pozicijos parenkamos taip kad jų vertikalios ašys sutaptų su pirmos pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių virpesių modos mazginėmis zonomis, o jų ilgis ir skersmuo būtų tokie, kad atramų sukimo virpesių pirmosios modos rezonansinis dažnis sutaptų su pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių lenkimo virpesių pirmos modos rezonansiniu dažniu.The rotation speed and torque of the motor are increased when an asymmetric periodic electrical signal whose frequency is equal to or close to the first resonance frequency of the bending vibrations of the piezoelectric bimorph plates excites the bending deformations of the plates, the amplitudes of which are increased with the help of notches formed in the cylindrical tube. The geometric properties of the slots are selected to ensure the lowest possible stiffness of the entire stator. The rotation speed of the motor is also increased when the friction contacts are placed on the upper and lower planes of the piezoelectric bimorph plates so that their attachment points coincide with the zone of maximum displacements of the bending vibrations of the bimorph plate, and the positions of the cylindrical supports of the stator are selected so that their vertical axes coincide with the first piezoelectric plates. vibration modes of bimorphic plates in nodal zones, and their length and diameter should be such that the resonant frequency of the first mode of torsional vibrations of the supports coincides with the resonant frequency of the first mode of bending vibrations of piezoelectric bimorphic plates.

Variklio kampinio judesio tikslumas pagerinamas kai žadinimui naudojamas tolygiai kintantis arba nuolatinės srovės elektrinis signalas, kuris sukuria pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių virpesius, kurie per frikcinius kontaktus, perduodami į disko formos rotorius ir taip sukuriamas didelio tikslumo rotoriaus sukamasis judesys.The accuracy of the angular movement of the motor is improved when an AC or DC electrical signal is used for excitation, which creates oscillations of the piezoelectric bimorph plates, which are transmitted to the disc-shaped rotors through frictional contacts, thus creating a high-precision rotor rotation.

BRĖŽINIŲ APRAŠYMASDESCRIPTION OF DRAWINGS

Brėžinių paveikslai yra pateikti kaip nuoroda į galimą išradimo įgyvendinimą ir neturi riboti išradimo apimties. Nei vienas iš pateiktų brėžinių ir grafikų neturėtų būti laikomi ribojančiais, o tik kaip galimi išradimo įgyvendinimo pavyzdžiai.The figures in the drawings are provided as an indication of the possible implementation of the invention and are not intended to limit the scope of the invention. None of the drawings and graphs presented should be considered as limiting, but only as examples of possible embodiments of the invention.

Pav. 1 a, b Pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio principinė schema:Fig. 1 a, b Principle diagram of a piezoelectric rotary motion motor:

(a) - izometrinis pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio vaizdas;(a) - isometric view of a piezoelectric rotary motion motor;

(b) - išskleistinis pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio vaizdas;(b) - exploded view of the piezoelectric rotary motion motor;

Pav. 2 a,b Pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio statoriaus principinė schema:Fig. 2 a,b Basic diagram of the stator of the piezoelectric rotary motion motor:

(a) - izometrinis pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio statoriaus vaizdas;(a) - isometric view of the stator of a piezoelectric rotary motion motor;

(b) - išskleistinis pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio statoriaus vaizdas;(b) - exploded view of the piezoelectric rotary motion motor stator;

Pav. 3 Pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio žadinimo schema;Fig. 3 Piezoelectric rotary motion motor excitation scheme;

Pav. 4 Pjezoelektrinio sukamojo judesio variklio virpesių moda.Fig. 4 Oscillation mode of piezoelectric rotary motion motor.

Brėžiniuose pavaizduotų elementų žymėjimas:Designation of the elements shown in the drawings:

- standumo atrama;- stiffness support;

- variklio statorius;- motor stator;

—įtvirtinimo varžtas;—fixing screw;

—įtvirtinimo plokštelė;— mounting plate;

- apatinis disko formos rotorius;- lower disc-shaped rotor;

- viršutinis disko formos rotorius;- upper disc-shaped rotor;

- prispaudimo spyruoklė;- compression spring;

- ašis;- axis;

- spyruoklės fiksatorius;- spring retainer;

- fiksatoriaus įtvirtinimo varžtas;- fixing bolt;

- statoriaus atramos;- stator supports;

- pjezoelektrinė plokštelė;- piezoelectric plate;

- tampri plokštelė;- elastic plate;

- pjezoelektrinė bimorfinė plokštelė;- piezoelectric bimorph plate;

- tamprus cilindro formos vamzdelis;- flexible cylindrical tube;

- frikcinis kontaktas;- frictional contact;

- įpjova;- notch;

- signalų generatorius;- signal generator;

- pjezoelektrinės plokštelės poliarizacijos kryptis.- polarization direction of the piezoelectric plate.

DETALUS IŠRADIMO APRAŠYMASDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Čia ir toliau pavaros aprašomos su nuorodomis į brėžinius, tačiau techninis variklio įgyvendinimas nėra ribojamas pateiktais būdais. Galimos įvairios įgyvendinimo būdų modifikacijos ir tobulinimai.The actuators are described hereafter with reference to the drawings, but the technical implementation of the motor is not limited to the ways presented. Various modifications and improvements of implementation methods are possible.

Detalus aprašymas: Pjezoelektrinį sukamojo judesio variklį sudaro variklio statorius (2), sudarytas iš trijų pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14), kurias sudaro pjezoelekthnes plokštelės (12), poliarizuotos storio kryptimi ir neišardomai pritvirtintos ant tamprių plokštelių (13). Pjezoelektrinės bimorfinės plokštelės (14) sujungiamos tarpusavyje pasitelkiant tamprų cilindro formos vamzdelį (15) užtikrinant vienodą pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) radialinį išdėstymą cilindro formos vamzdelio (15) vertikalios ašies atžvilgiu, o pačiame cilindro formos vamzdelyje formuojamos įpjovos (17). Laisvuose pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) galuose neišardomai patalpinamos statoriaus atramos (11), kurių pozicija parenkama taip, kad sutaptų su pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) pirmos lenkimo virpesių modos mazginėmis zonomis. Ant viršutinės ir apatinės statoriaus (2) plokštumos neišardomai patalpinami frikciniai kontaktai (16), kurių pozicijos parenkamos taip, kad jų vertikalios ašys sutaptų su pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) pirmos lenkimo virpesių modos pūpsniais. Variklio statorius (2) įtvirtinamas naudojant statoriaus atramas (11), kurių laisvi galai neišardomai sujungiami su variklio statoriaus įtvirtinimo plokštelėmis (4). Siekiant padidinti visos konstrukcijos standumą, atramos (1) išardomai įtvirtinamos tarp statoriaus įtvirtinimo plokštelių (4) naudojant įtvirtinimo varžtus (3). Disko formos rotoriai (5, 6) patalpinami ant viršutinių ir apatinių frikcinių kontaktų (16) ir tarpusavyje sujungiami ašimi (8), kuri patalpinama per centrinę variklio statoriaus (2) ertmę taip centruojant disko formos rotorius (5,6) frikcinių kontaktų (16) atžvilgiu. Apatinis disko formos rotorius (5) sujungiamas su ašimi (8) neišardomai, o viršutinis disko formos rotorius (6) su ašimi (8) sujungiamas per trinties jėgą. Prispaudimo spyruoklė (7) patalpinama ant viršutinio disko formos rotoriaus (6), o spyruoklės fiksatorius (9) užmaunamas ant ašies (8) fiksuojant jo vertikalią poziciją fiksatoriaus įtvirtinimo varžtais (10) taip užtikrinant reikiamą prispaudimo jėgą tarp disko formos rotorių (5, 6) ir frikcinių kontaktų (16).Detailed description: The piezoelectric rotary motion motor consists of a motor stator (2) consisting of three piezoelectric bimorph plates (14), consisting of piezoelectric plates (12), polarized in the direction of thickness and permanently fixed on elastic plates (13). Piezoelectric bimorph plates (14) are connected to each other by means of an elastic cylindrical tube (15) ensuring the same radial arrangement of piezoelectric bimorphic plates (14) with respect to the vertical axis of the cylindrical tube (15), and notches (17) are formed in the cylindrical tube itself. Stator supports (11) are permanently placed at the free ends of the piezoelectric bimorph plates (14), the position of which is chosen to coincide with the nodal zones of the first bending vibration mode of the piezoelectric bimorph plates (14). Frictional contacts (16) are permanently placed on the upper and lower planes of the stator (2), the positions of which are chosen so that their vertical axes coincide with the pulses of the first bending vibration mode of the piezoelectric bimorph plates (14). The motor stator (2) is anchored using stator supports (11), the free ends of which are permanently connected to the motor stator anchoring plates (4). In order to increase the rigidity of the entire structure, the supports (1) are demountably anchored between the stator anchoring plates (4) using anchoring screws (3). The disk-shaped rotors (5, 6) are placed on the upper and lower friction contacts (16) and are connected to each other by an axis (8), which is placed through the central cavity of the motor stator (2) thus centering the disk-shaped rotors (5,6) on the friction contacts (16) ) in relation to The lower disk-shaped rotor (5) is connected to the axis (8) without disassembly, while the upper disk-shaped rotor (6) is connected to the axis (8) through frictional force. The compression spring (7) is placed on the upper disk-shaped rotor (6), and the spring retainer (9) is put on the axis (8) fixing its vertical position with the fixing screws of the retainer (10), thus ensuring the necessary pressing force between the disc-shaped rotors (5, 6) ) and friction contacts (16).

Pjezoelektrinio variklio veikimo aprašymas: Rotorių (5, 6) sukamasis judesys sužadinamas kai iš signalų generatoriaus (18) į pjezoelektrines bimorfines plokšteles (14) paduodamas neharmoninis asimetrinis pjūklo formos elektrinis signalas, kurio dažnis lygus arba artimas pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) pirmos lenkimo virpesių modos rezonansiniam dažniui. Tolygiai didėjant įtampos reikšmei pjezoelektrines bimorfines plokštelės (14) tolygiai deformuojasi ir tuo pačiu sugeneruoja frikcinių kontaktų poslinkį, kurie dėl statinės trinties jėgos tarp frikcinių kontaktų (16) ir disko formos rotorių (5, 6) sukuria kampinį disko formos rotorių (5, 6) ir ašies (8) poslinkį. Įtampai pasiekus maksimalią reikšmę, ji pradeda staigiai mažėti, kol pasiekia minimalią reikšmę ir tuo pačiu pjezoelektrines bimorfines plokštelės (14) deformuojasi priešinga kryptimi, tačiau didesniu greičiu, todėl trinties jėga tarp disko formos rotorių (5, 6) ir frikcinių kontaktų (16) sumažėja ir frikciniai kontaktai (16) praslysta rotorių (5,6) paviršiais ir sukamasis rotorių (5, 6) ir ašies (8) judesys nesukuriamas. Kartojant ankščiau aprašytus veiksmus sukuriamas tolygus rotorių (5,6) ir ašies (8) sukamasis judesys. Priešingos krypties sukamasis judesys gaunamas kai elektrinio neharmoninio pjūklo formos signalo fazė pakeičiama 180 laipsnių. Kai iš signalų generatoriaus (18) į pjezoelektrines bimorfines plokštelės (14) į tolygiai kylantį arba besileidžiantį elektrinį signalą, pjezoelektrines bimorfines plokštelės (14) lenkiasi pjezoelektrinių plokštelių (12) poliarizacijos kryptimi (19). Poslinkių amplitudė yra tiesiogiai proporcinga signalo amplitudei, o sukuriama pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) jėga neviršija statinės trinties jėgos tarp disko formos rotorių (5, 6) ir frikcinių kontaktų (16) to pasėkoje kampinis disko formos rotorių (5, 6) ir ašies (8) poslinkis yra tiesiogiai proporcingas pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) frikcinių kontaktų (16) poslinkiui. Siekiant gauti priešingos krypties disko formos rotorių (5, 6) ir ašies (8) kampinį poslinkį, elektrinio signalo fazė keičiama į priešingą.Description of the operation of the piezoelectric motor: The rotary motion of the rotors (5, 6) is excited when a non-harmonic asymmetric saw-tooth electric signal is supplied from the signal generator (18) to the piezoelectric bimorphic plates (14) with a frequency equal to or close to the first bending oscillation of the piezoelectric bimorphic plates (14) for the resonant frequency of the mode. As the voltage value increases evenly, the piezoelectric bimorph plates (14) are uniformly deformed and at the same time generate a displacement of the friction contacts, which, due to the static friction force between the friction contacts (16) and the disc-shaped rotors (5, 6), create an angular disc-shaped rotor (5, 6) and axis (8) displacement. After the voltage reaches the maximum value, it begins to decrease sharply until it reaches the minimum value and at the same time the piezoelectric bimorph plates (14) are deformed in the opposite direction, but at a higher speed, so the friction force between the disk-shaped rotors (5, 6) and the friction contacts (16) decreases and the frictional contacts (16) slip on the surfaces of the rotors (5,6) and the rotary movement of the rotors (5, 6) and the axis (8) is not created. By repeating the steps described above, a uniform rotational movement of the rotors (5,6) and the axis (8) is created. Rotational motion in the opposite direction is obtained when the phase of an electric inharmonic sawtooth signal is changed by 180 degrees. When the signal generator (18) to the piezoelectric bimorph plates (14) to a uniformly rising or falling electrical signal, the piezoelectric bimorph plates (14) bend in the direction of polarization (19) of the piezoelectric plates (12). The displacement amplitude is directly proportional to the signal amplitude, and the force generated by the piezoelectric bimorph plates (14) does not exceed the static friction force between the disk-shaped rotors (5, 6) and the friction contacts (16). 8) the displacement is directly proportional to the displacement of the frictional contacts (16) of the piezoelectric bimorph plates (14). In order to obtain the angular displacement of the disk-shaped rotors (5, 6) and the axis (8) in the opposite direction, the phase of the electrical signal is changed to the opposite.

Claims (5)

IŠRADIMO APIBRĖŽTISDEFINITION OF THE INVENTION 1. Pjezoelektrinis sukamojo judesio variklis, apimantis statorių (2) sudarytą iš pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14), sujungtų tarpusavyje cilindro formos vamzdeliu (15), frikcinių kontaktų (16), sumontuotų ant viršutinės ir apatinės statoriaus (2) plokštumos, statoriaus atramų (11) ir disko formos rotorių (5, 6) bei ašies (8) besiskiriantis tuo, kad cilindro formos vamzdelyje (15) suformuojamos įpjovos (17), ojų skaičius vamzdelyje parenkamas taip, kad būtų lygus pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) skaičiui.1. Piezoelectric rotary motion motor, including a stator (2) consisting of piezoelectric bimorph plates (14) connected to each other by a cylindrical tube (15), friction contacts (16) mounted on the upper and lower planes of the stator (2), stator supports ( 11) and disk-shaped rotors (5, 6) and axis (8) differ in that notches (17) are formed in the cylindrical tube (15), the number of holes in the tube is chosen to be equal to the number of piezoelectric bimorph plates (14). 2. Variklis pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad įpjovos (17) geometrinės charakteristikos parenkamos taip, kad užtikrintų statoriaus (2) mažiausią galimą struktūrinį standumą, bet neįtakotų tamprių plokštelių (13) storio.2. Motor according to claim 1, characterized in that the geometrical characteristics of the notch (17) are selected in such a way as to ensure the smallest possible structural rigidity of the stator (2), but without affecting the thickness of the elastic plates (13). 3. Variklis pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad statoriaus atramų (11) ilgis ir storis parenkamas taip, kad jų sukimo virpesių pirmos modos dažnis sutaptų su pjezoelektrinės bimorfinės plokštelės (14) lenkimo virpesių pirmos modos rezonansiniu dažniu.3. Motor according to claim 1, characterized in that the length and thickness of the stator supports (11) are selected so that the first mode frequency of their torsional vibrations coincides with the resonant frequency of the first mode of bending vibrations of the piezoelectric bimorph plate (14). 4. Variklis pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad statoriaus atramų (11) tvirtinimo vieta ant pjezoelektrinės bimorfinės plokštelės (14) viršutinės ir apatinės plokštumos parenkama taip, kad sutaptų su jos lenkimo virpesių pirmos modos mazgine zona.4. A motor according to claim 1, characterized in that the mounting location of the stator supports (11) on the upper and lower planes of the piezoelectric bimorph plate (14) is selected to coincide with the nodal zone of the first mode of its bending vibrations. 5. Variklis pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad frikcinių kontaktų (16) vieta ant pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) parenkama taip, kad sutaptų su pjezoelektrinių bimorfinių plokštelių (14) pirmos lenkimo virpesių modos pūpsniu.5. Motor according to claim 1, characterized in that the location of the frictional contacts (16) on the piezoelectric bimorph plates (14) is selected to coincide with the pulse of the first bending vibration mode of the piezoelectric bimorph plates (14).
LT2024005A 2024-01-29 2024-01-29 Piezoelectric rotary motion motor LT7097B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2024005A LT7097B (en) 2024-01-29 2024-01-29 Piezoelectric rotary motion motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2024005A LT7097B (en) 2024-01-29 2024-01-29 Piezoelectric rotary motion motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2024005A LT2024005A (en) 2024-08-12
LT7097B true LT7097B (en) 2024-09-25

Family

ID=92211369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2024005A LT7097B (en) 2024-01-29 2024-01-29 Piezoelectric rotary motion motor

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT7097B (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203491927U (en) 2013-10-16 2014-03-19 吉林大学 Inertia impact type low-frequency piezoelectric motor
CN109861582A (en) 2019-04-03 2019-06-07 合肥工业大学 An inertial rotary piezoelectric motor
CN112953297A (en) 2021-02-04 2021-06-11 广州大学 Rotary inertia piezoelectric motor structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203491927U (en) 2013-10-16 2014-03-19 吉林大学 Inertia impact type low-frequency piezoelectric motor
CN109861582A (en) 2019-04-03 2019-06-07 合肥工业大学 An inertial rotary piezoelectric motor
CN112953297A (en) 2021-02-04 2021-06-11 广州大学 Rotary inertia piezoelectric motor structure

Also Published As

Publication number Publication date
LT2024005A (en) 2024-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5063321A (en) Torsional vibration drive
KR100878078B1 (en) High bandwidth recoiless microactuator
JP4860862B2 (en) Piezoelectric drive excited by longitudinal and flexural waves
TWI525411B (en) System and method for accelerating a device
US3171696A (en) Apparatus for reducing friction
US6262514B1 (en) Bearings and supports
US3123728A (en) Vibratory apparatus with variable frequency and amplitude
JPS6096183A (en) Surface wave motor
US20200191571A1 (en) Vibration gyroscope
LT7097B (en) Piezoelectric rotary motion motor
KR101087018B1 (en) Micromechanical Motion Sensor
EP3910401B1 (en) Optical beam intensity control system with piezoelectric actuator
US7259496B2 (en) Tunable vibratory actuator
JPH1194691A (en) Exciter
JPH11183178A (en) Microoscillator
LT7061B (en) HIGH POWER PIEZOELECTRIC MOTOR WITH CONTROL SYSTEM
US4593956A (en) Long tube bender element squeeze bearing
JPS62259485A (en) Piezoelectric driving apparatus
JPH11311585A (en) Variable impact test apparatus
LT7053B (en) Liner sliding motion piezoelectric motor
LT7104B (en) Inertial four-degree-of-freedom piezoelectric actuator
JP2009020219A (en) Oscillator device and optical deflector using the same
JPH091066A (en) Transducer for ultrasonic actuator
US3448623A (en) Meridian-seeking gyroscope employing a simultaneously rotating and vibrating base
LT7113B (en) PIEZOELECTRIC TRANSDUCER FOR HIGH POWER SLIDING MOVEMENT ACTUATORS

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20240812

FG9A Patent granted

Effective date: 20240925