RU2028715C1 - Piezoelectric motor - Google Patents

Piezoelectric motor Download PDF

Info

Publication number
RU2028715C1
RU2028715C1 SU904811544A SU4811544A RU2028715C1 RU 2028715 C1 RU2028715 C1 RU 2028715C1 SU 904811544 A SU904811544 A SU 904811544A SU 4811544 A SU4811544 A SU 4811544A RU 2028715 C1 RU2028715 C1 RU 2028715C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric
packet
housing
hole
support elements
Prior art date
Application number
SU904811544A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Бойков
С.В. Быстров
А.В. Смирнов
М.С. Чежин
Original Assignee
Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики
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 Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики filed Critical Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики
Priority to SU904811544A priority Critical patent/RU2028715C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2028715C1 publication Critical patent/RU2028715C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: fine mechanics. SUBSTANCE: piezoelectric motor has piezopackage composed of set of piezoelectric plates polarized through thickness joined in succession mechanically and squeezed between bearing elements with conical side surface conjugated to axial hole in piezopackage. Bearing elements are produced from material having temperature coefficient of expansion meeting relationship specified in description of invention. EFFECT: enhanced operational efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам точной механики и может быть использовано в робототехнике, станкостроении, оптике. The invention relates to devices of precision mechanics and can be used in robotics, machine tools, optics.

Известен пьезоэлектрический двигатель в виде пьезопакета из соединенных механически последовательно, а электрически параллельно, поляризованных по толщине пьезоэлектрических пластин. A known piezoelectric motor in the form of a piezoelectric pack of mechanically connected in series, and electrically in parallel, polarized across the thickness of the piezoelectric plates.

Недостатками устройства являются малая чувствительность и диапазон перемещений, температурная нестабильность. The disadvantages of the device are low sensitivity and range of movement, temperature instability.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа пьезоэлектрический двигатель, содержащий пьезопакет из соединенных механически последовательно, а электрически параллельно - поляризованных по толщине пьезоэлектрических пластин, зажатый между коническими опорными элементами с конической внешней поверхностью, сопряженными с осевым отверстием, выполненным в пьезопакете. Недостатком устройства является температурная нестабильность. The closest in technical essence to the proposed one is a piezoelectric motor selected as a prototype, containing a piezoelectric pack made of mechanically connected in series and electrically parallel polarized piezoelectric plates in thickness, sandwiched between conical supporting elements with a conical outer surface, paired with an axial hole made in the piezoelectric packet . The disadvantage of this device is the temperature instability.

Целью изобретения является повышение температурной стабильности. The aim of the invention is to increase temperature stability.

На чертеже показан вариант конструкции пьезоэлектрического двигателя. Он состоит из пьезопакета 1 с осевым отверстием 2, с которым сопряжены опорные элементы 3 и 4, с коническими внешними поверхностями. Опорный элемент 3 связан с упругим корпусом 5, а опорный элемент 4 - с винтом 6, обеспечивающим зажатие пьезопакета 1 между опорными элементами 3 и 4. The drawing shows a design variant of a piezoelectric motor. It consists of a piezo pack 1 with an axial hole 2, with which the supporting elements 3 and 4 are interfaced with conical external surfaces. The support element 3 is connected with the elastic body 5, and the support element 4 is connected to a screw 6, which ensures that the piezo packet 1 is clamped between the support elements 3 and 4.

Устройство работает следующим образом. На пьезопакет 1 подается управляющее напряжение, в результате чего он удлиняется по оси и сжимается по диаметру. Уменьшение диаметра отверстия 2 в пьезопакете 1 приводит при этом к выжиманию опорных элементов 3 и 4 из отверстия 2 благодаря конической форме их поверхностей. При изменении знака управляющего напряжения пьезопакет 1 уменьшается в длину и расширяется по диаметру. Увеличение при этом диаметра отверстия 2 приводит к тому, что опорные элементы 3 и 4 входят в него под действием упругости корпуса 5. Величина дополнительного смещения пьезодвигателя определяется простым соотношением Δ z = Δ d/tg β, где Δ d - изменение диаметра отверстия 2 в пьезопакете 1, β - угол наклона боковых поверхностей опорных элементов 3 и 4. При изменении температуры, например при увеличении, увеличивается как длина пьезопакета 1, так и диаметр отверстия 2. При этом опорные элементы 3 и 4 втягиваются в отверстие 2 под действием упругости корпуса 5, так как их ТКР меньше, чем у материала пьезопакета 1, что приводит к компенсации линейного температурного расширения пьезодвигателя. При снижении температуры процесс идет в обратном направлении. The device operates as follows. The control voltage is applied to the piezoelectric packet 1, as a result of which it is elongated along the axis and compressed in diameter. Reducing the diameter of the hole 2 in the piezoelectric packet 1 leads to squeezing the supporting elements 3 and 4 from the hole 2 due to the conical shape of their surfaces. When you change the sign of the control voltage, the piezoelectric packet 1 decreases in length and expands in diameter. The increase in diameter of the hole 2 leads to the fact that the supporting elements 3 and 4 enter it under the action of the elasticity of the housing 5. The value of the additional displacement of the piezoelectric motor is determined by the simple ratio Δ z = Δ d / tg β, where Δ d is the change in the diameter of the hole 2 in piezoelectric packet 1, β is the angle of inclination of the lateral surfaces of the support elements 3 and 4. As the temperature changes, for example, when increasing, both the length of the piezoelectric packet 1 and the diameter of the hole 2 increase. In this case, the support elements 3 and 4 are pulled into the hole 2 under the action of the body elasticity and 5, as their TCR less than the material pezopaketa 1, which leads to compensation of linear expansion piezomotor. When the temperature decreases, the process goes in the opposite direction.

Изменение диаметра отверстия 2 в пьезопакете 1 при изменении температуры на Δ t
Δ Dпт = Do αп - Δ t, где Do - исходный диаметр отверстия 2, αп - ТКР материала пьезопакета 1.The change in the diameter of the hole 2 in the piezoelectric packet 1 when the temperature changes by Δ t
Δ D pt = D o α p - Δ t, where D o is the initial diameter of the hole 2, α p is the TCR of the material of the piezoelectric packet 1.

Изменение диаметра опорных элементов 3 и 4
Δ Doт = Do αoп - Δ t, где αoп - ТКР материала опорных элементов 3 и 4.Changing the diameter of the supporting elements 3 and 4
Δ D ot = D o α op - Δ t, where α op - TCR material of the supporting elements 3 and 4.

Начальные диаметры отверстия 2 и опорных элементов 3 и 4 считаем одинаковыми. The initial diameters of the hole 2 and the supporting elements 3 and 4 are considered the same.

Изменение длины устройства за счет изменения диаметров пьезопакета 1 и опорных элементов 3 и 4
Δ Lo = - (Δ Dпт - Δ Dот)/tg β =
= - Do Δ t (αп-αоп)/tg α, где α - угол при вершине конических опорных элементов 3 и 4.Changing the length of the device by changing the diameters of the piezoelectric pack 1 and the supporting elements 3 and 4
Δ L o = - (Δ D fr - Δ D from ) / tg β =
= - D o Δ t (α p -α op ) / tan α, where α is the angle at the apex of the conical support elements 3 and 4.

Изменение длины устройства за счет продольного расширения пьезопакета 1 при нагреве
Δ Lп = L αп Δ t.Changing the length of the device due to the longitudinal expansion of the piezoelectric packet 1 when heated
Δ L p = L α p Δ t.

Изменение длины устройства за счет выступающих справа и слева от пьезопакета 1 частей пьезодвигателя суммарной длиной l и с ТКР αк
Δ Lк = lαк Δ t.Changing the length of the device due to protruding to the right and left of the piezoelectric package 1 parts of the piezoelectric motor with a total length l and with TCR α to
Δ L k = lα to Δ t.

При полной компенсации температурной деформации устройства
Δ Lo + Δ Lп + Δ Lк = 0, следовательно,
β = arctg

Figure 00000001
., (1)
Пьезопакет 1 может быть изготовлен из пьезокерамики ЦТС-23, а опорные элементы 3 и 4 - из инвара или плавленного кварца.With full compensation of the temperature deformation of the device
Δ L o + Δ L p + Δ L k = 0, therefore,
β = arctg
Figure 00000001
., (1)
Piezo bag 1 can be made of PZT-23 piezoceramics, and supporting elements 3 and 4 - from Invar or fused silica.

П р и м е р. Пусть пьезопакет 1 изготовлен из пьезокерамики ЦТС-23 (αп = 3˙10-6 град-1), имеет длину L = 3˙10-2 м и диаметр отверстия 2 Do= 1,6˙10-2 м. Опорные элементы 3 и 4 изготовлены из плавленного кварца (αоп = 0,5˙10-6 град-1), а выступающие вправо и влево от пьезопакета 1 части корпуса 5 и гайки 6 изготовлены из инвара и имеют суммарную длину l = 0,02 м (αк = =0,9˙10-6 град.-1).PRI me R. Let piezo-pack 1 be made of TsTS-23 piezoceramics (α p = 3˙10 -6 deg -1 ), have a length L = 3˙10 -2 m and a hole diameter of 2 D o = 1,6˙10 -2 m. elements 3 and 4 are made of fused quartz (α op = 0.5˙10 -6 deg -1 ), and the parts of the housing 5 and the nut 6 protruding to the right and left of the piezo pack 1 are made of Invar and have a total length l = 0.02 m (α k = = 0.9˙10 -6 deg. -1 ).

Тогда в соответствии с выражением (1) полная компенсация температурных деформаций пьезодвигателя достигается при β = 20,3о.Then, in accordance with the expression (1) complete compensation of thermal deformations piezomotor reached at β = 20,3 o.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет резко снизить температурные погрешности пьезодвигателя, вызванные температурной деформацией как пьезопакета, так и выступающих частей корпуса, а также элементов, подключенных к пьезодвигателю. Thus, the inventive device can drastically reduce the temperature errors of the piezoelectric engine, caused by thermal deformation of both the piezoelectric package and the protruding parts of the housing, as well as elements connected to the piezoelectric engine.

Claims (1)

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий пьезопакет, состоящий из набора пьезокерамических пластин, поляризованных то толщине, и зажатый в корпусе между опорными элементами с конической боковой поверхностью, сопряженными с осевым отверстием, выполненным в пьезопакете, и элемент стыковки с объектом перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности, опорные элементы выполнены из материала, температурный коэффициент расширения которого удовлетворяет соотношению
Figure 00000002

где αп, αк - температурные коэффициенты расширения материала соответственно пьезопакета и выступающих за него частей корпуса и элемента стыковки с объектом перемещения;
L, l - соответственно длина пьезопакета и выступающих за него частей корпуса и элемента стыковки с объектом перемещения;
D0 - диаметр отверстия пьезопакета;
β - угол наклона боковых поверхностей опорных элементов к оси устройства.A piezoelectric engine containing a piezoelectric pack consisting of a set of piezoceramic plates polarized at a thickness and sandwiched in a housing between support elements with a conical lateral surface mating with an axial hole made in the piezoelectric packet and a docking element with a displacement object, characterized in that, with In order to increase temperature stability, the support elements are made of a material whose temperature coefficient of expansion satisfies the ratio
Figure 00000002

where α p , α k are the temperature coefficients of expansion of the material, respectively, of the piezoelectric packet and the protruding parts of the housing and the docking element with the object of movement;
L, l - respectively, the length of the piezoelectric packet and protruding parts of the housing and the element of docking with the object of movement;
D 0 is the diameter of the hole of the piezoelectric packet;
β is the angle of inclination of the side surfaces of the support elements to the axis of the device.
SU904811544A 1990-04-09 1990-04-09 Piezoelectric motor RU2028715C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904811544A RU2028715C1 (en) 1990-04-09 1990-04-09 Piezoelectric motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904811544A RU2028715C1 (en) 1990-04-09 1990-04-09 Piezoelectric motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2028715C1 true RU2028715C1 (en) 1995-02-09

Family

ID=21506814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904811544A RU2028715C1 (en) 1990-04-09 1990-04-09 Piezoelectric motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2028715C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696358C1 (en) * 2015-10-09 2019-08-01 Эпкос Аг Part for creating active tactile feedback
RU2743725C1 (en) * 2020-05-20 2021-02-25 Андрей Леонидович Кузнецов Undismountable piezo packet

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1632321, кл. H 02N 2/00, 1989. *
Заявка Великобритании N 1463195, кл. H 04N 11/00, 1977. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696358C1 (en) * 2015-10-09 2019-08-01 Эпкос Аг Part for creating active tactile feedback
US11239406B2 (en) 2015-10-09 2022-02-01 Epcos Ag Component for producing active haptic feedback
RU2743725C1 (en) * 2020-05-20 2021-02-25 Андрей Леонидович Кузнецов Undismountable piezo packet

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5862003A (en) Micromotion amplifier
US7026746B2 (en) Valve control device
EP0298058A1 (en) Means for keeping an optical lens in a desired position in a lens holder under varying temperature
US20110074247A1 (en) Systems and Methods for Resonance Frequency Tuning of Micromachined Structures
US4726671A (en) High resonance adjustable mirror mount
CA1210800A (en) Piezoelectrical control element
US7975551B2 (en) Piezoelectric vibrator
Glazounov et al. Piezoelectric actuator generating torsional displacement from piezoelectric d 15 shear response
KR20160145126A (en) Integral preload mechanism for piezoelectric actuator
JPS57133687A (en) Control element with piezoelectric ceramic unit
US7392685B2 (en) Accelerometer having adjustable damping
RU2028715C1 (en) Piezoelectric motor
US7579754B2 (en) Piezoelectric actuator
KR20070085228A (en) Mechanism comprised of ultrasonic lead screw motor
RU2030087C1 (en) Piezoelectric motor
KR910004259A (en) Oscillator Actuator
KR20070004523A (en) Ultrasonic lead screw motor
RU1829863C (en) Piezoelectric motor
EP0013179A1 (en) Light processing apparatus
KR970018957A (en) Vibrating actuator
JP2559729B2 (en) Vibration generator
KR102363206B1 (en) Precision return actuator
JPH0320910B2 (en)
Jones et al. Adaptive devices for precise position control
US6674220B2 (en) Temperature-compensated piezoelectric force motor