RU1825435C - Пьезоэлектрический двигатель - Google Patents

Abstract

Использование: в устройствах автоматики , системах управлени , контрол , робототехнических комплексах и т.д. Пьезоэлектрический двигатель содержит ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, одна из цилиндрических поверхностей пьезоэлемента заключена в оболочку, на которой устанавливаютс  толкатели. За счет согласовани  собственных резонансных частот пьезоэлемента и оболочки удалось обеспечить требуемую добротность составного осцилл тора и тем самым повысить КПД пьезоэлектрического двигател . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к пьезоэлектрическим приводным двигател м, предназна- ченным дл  работы в устройствах автоматики, системах управлени , контрол , робототехнических комплексах и т.д.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД ПД за счет согласовани  собствен- ных резонансных частот кольцевой оболочки и пьезоэлемента.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ПД, содержащем ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, одна из цилиндрических поверхностей которого заключена в оболочку, на которой установлены толкатели , параметры пьезоэлемента и оболочки св заны соотношением

лг(ЬвнутР°+ав„еш ° ± 21) -fpn- 2mtC°, (1)

t-1,2-0,33

do внутр

ДЛЯ

dвнутр О внвш

0,6,

Мдл  о.б.

йвнеш

где dnHyrp0. бвиеш0 - внешний и внутренний диаметры оболочки;

I - глубина нарезного паза в оболочке;

С° - скорость звука в оболочке;

fp - резонансна  частота на первой моде радиальных колебаний пьезоэлемента;

m - номер моды радиальных колебаний оболочки, причем знак + соответствует внутренней оболочке, а знак - внешней.

Опытным путем установлено, что наибольша  эффективность составного осцилл тора достигаетс  при строго определенной толщине оболочки (с учетом ее жесткого креплени  к пьезоэлементу), котора  варьировалась в пределах единиц миллиметра (а не дес тков миллиметров, как в прототипе).

Наибольша  эффективность наступает тогда, когда резонансна  частота на первой моде радиальных колебаний пьезоэлемента

Ё

00

ю ел

СА)

сл

CJ

соответствует (с учетом поправочного коэффициента t) резонансной частоте радиальных колебаний оболочки.

Дл  случа  радиальных колебаний оболочки справедливо соотношение

71 Шенеш+ deHVTD л

где fpd - резонансна  частота оболочки. Однако данное соотношение справедd° ливо дл  случа  1. При минимиdeHeui

эации ПД, и как следствие - оболочки, это соотношение выполн етс  с учетом поправочного коэффициента, экспериментально установленна  зависимость которого имеет вид

резонансные колебани  на частоте fpn. За счет резонансного согласовани  радиальных частот пьезоэлемента и оболочки эти колебани  практически без ослаблени  передаютс  в оболочку, а через оболочку - в толкатели, которые фрикционно взаимодействуют с ротором, вращают его.

Составной осцилл тор выполнен на основе керамики ЦТБС-3 с dBHeujn 28 мм,

кГц. Оболочка выполнена из стали 20Х-13, м/с. Толкатели установлены в пазы оболочки и закреплены с помощью компаунда на основе эпоксидной смолы. Поскольку такой компаунд  вл етс 

хорошим звукопровод щим материалом (Ck 5000 м/с), наличием пазов можно пренебречь . Дл  внешней оболочки

daHyrp

do виеш

1, тогда дл  (основной моды)

дл  duHeui получаем

Тогда соотношение дл  радиальных колебаний оболочки преобразуетс  в

JT(deHeui + danyrp) го го

2 m t Tp

если в оболочке сделаны пазы и толкатели устанавливаютс  на звукоизол ционный компаунд дл  уменьшени  уровн  шума, тогда вводитс  поправка 21, поскольку по контуру на глубину толкател  звукова  волна не распростран етс  (фиг. 1).

При этом соотношение дл  заданных колебаний оболочки преобразуетс  в

JT(deHeuj 0 внутр

2 m t

Llj)

fg cc

Заменив в данном соотношении fp° на fpn (режим резонансного согласовани ), получим требуемое соотношение.

На фиг. 2 приведена схема ПД на основе составного осцилл тора. Она включает кольцевой пьезоэлемент, заключенный.в оболочку, на которой установлены толкатели , упирающиес  во внутреннюю поверхность ротора.

Работает ПД следующим образом.

При подключении пьезоэлемента к источнику внешнего возбуждени  в нем возникают акустические - радиальные

2 С° внеш зс - двнутр 30,6мм .

25

л:-г2

толщина оболочки равна

deHeuj d

-1,3 мм.

Использование предлагаемого устройства позволит более чем в три раза повысить мощность ПД с сохранением прежнего ресурса и открывает возможности дл  создани  микропьезодвигателей на пьезошайбах

20, 12, 10 мм и т.д.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Пьезоэлектрический двигатель, содер- жащий ротор и статор на основе кольцевого пьезоэлемента, одна из цилиндрических поверхностей которого заключена в оболочку, на которой установлены толкатели, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД пьезоэлектрического двигател  за счет согласовани  собственных резонансных частот пьезоэлемента и оболочки, параметры пьезоэлемента и оболочки св заны соотношением

   50

   Я(с1Внутр0+С1внеш0 + 21) рП 2гп1С°,

   дл  внутренней оболочки, 55Jr(d«HyTP0+deHeui ° - 21) -fpn 2mtC°,

   дл  внешней оболочки,

   518254356

   t-{1,2-033) дл  двнутр 06.I-глубина нарезного под толкатель па-4О о j33 В ОООЛОЧК6

   ОвнешОвнвш/-о

   L - скорость звука в материале ОбОЛОЧ- КМ

   ки;

   t-1 дл  СЕ 20.6.

   где с1внвш0, бвнутр0 - внешний и внутренний диаметры оболочки;

   10

   Зона. формиооЗа ни  ЗЙукоВых jfo/jefawu

   Стальна  о$оло ка на ffffjp пьезозле - пента 028 толщина обо-, лочхи l-l

   Ротор

   /aflpjw- Hfum

   L - скорость звука в материале ОбОЛОЧ- КМ

   ки;

   5fp - резонансна  частота на первой моде радиальных колебаний пьезоэлемента:

   m - номер моды радиальных колебаний оболочки.

   Внутренн   offa/fovxa

   Зона формировани  sffyxofax поле&амй

   Фиг. 1

   7алкате б