RU2617209C1 - Линейный пьезоэлектрический двигатель - Google Patents
Линейный пьезоэлектрический двигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2617209C1 RU2617209C1 RU2016112144A RU2016112144A RU2617209C1 RU 2617209 C1 RU2617209 C1 RU 2617209C1 RU 2016112144 A RU2016112144 A RU 2016112144A RU 2016112144 A RU2016112144 A RU 2016112144A RU 2617209 C1 RU2617209 C1 RU 2617209C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric elements
- piezoelectric
- driven member
- housing
- motion
- Prior art date
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 abstract 5
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборах и системах автоматики, приборостроения, робототехники, авиакосмической, автомобильной отрасли. Технический результат состоит в повышении КПД, в уменьшении его габаритных размеров, возможности обратного хода, в увеличении удельной мощности, ресурса и надежности конструкции за счет уравновешенности конструкции и фрикционного режима передачи момента на ведомый элемент. В двигателе, содержащем неподвижный корпус, ведомый элемент в подшипниковых опорах, пьезоэлементы с рычагами (ПР) прямого и обратного хода, источник питания пьезоэлементов дополнительно внутри неподвижного корпуса коаксиально размещен подвижный корпус, который соединен с неподвижным корпусом упругими элементами. На подвижном корпусе жестко закреплены два ПР прямого хода и два ПР обратного хода ведомого элемента. ПР одного и того же направления перемещения расположены оппозитно вокруг ведомого элемента. Источник питания пьезоэлементов имеет один выход для питания пьезоэлементов прямого хода и один выход для питания пьезоэлементов обратного хода. Один из двух ПР для каждого из направлений перемещения ведомого элемента подключен к источнику питания через фазовращатель. 3 ил.
Description
Изобретение относится к пьезоэлектрическим двигателям для использования в приборах и системах автоматики, приборостроения, робототехники, аэрокосмической, автомобильной отрасли.
Известны различные типы пьезоэлектрических двигателей для использования в системах автоматики и машиностроительных конструкциях. Например, пьезоэлектрический регулировочный элемент [Pat. US № 6765335 Piezoelectric adjusting element / Wischnewskiy Wladimir], содержащий корпус, в котором размещены ведомый элемент с фрикционным слоем, движущий элемент (рычаг), соединенный с пьезоэлементом. Или пьезоэлектрический двигатель [Zuowei Wang. Active shape adjustment of cable net structures with PZT actuators (Electronic resource)/ Zuowei Wang, Tuanjie Li, Yuyan Cao // Aerospace Science and Technology. – 2013. – pp. 160–168], состоящий из неподвижного корпуса, соединительного вала, пакета пьезоэлементов с рычагом, жесткозакрепленных в неподвижном корпусе. При подаче на пакет пьезоэлементов напряжения пакет пьезоэлементов удлиняется или укорачивается и создает механическое усилие на рычаг, связанный с элементом конструкции. Применяется для натяжения сети вант рефлектора.
Известно также устройство – пьезоэлектрический линейный двигатель [Pat. US № 8466601 Operating method and driving means of a piezolinear drive / Christopher Mock], имеющий группу исполнительных механизмов – пьезоактюаторов-стеков, контактирующих с ротором двигателя. Каждый пьезоактюатор-стек состоит из двух частей, первая часть – пьезоактюатор продольного типа, а вторая часть – пьезоактюатор сдвигового типа. Причем контакт (зажим и сдвиг) с ротором ведется через вторую часть стека и, по крайней мере, два идентичных стека находятся рядом друг с другом для выполнения альтернативного зажима и усовершенствования движения в пошаговом режиме.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство регулировки с пьезоприводом [patent US № 5424597 Adjusting device with piezo drive / Rainer Gloss, Harry Marth], снабженное двумя пьезоэлементами с рычагами (ПР), которые взаимодействуют с ведомым элементом посредством пружинного элемента (прототип). Передача движения происходит по причине изменения длины пьезоэлементов при подаче на них напряжения. Из-за непрерывного смещения пружинного элемента гарантируется безопасное зацепление с ведомым элементом. Также устройство содержит источник питания пьезоэлементов, генерирующий одинаковые линейные кривые напряжения, которые расположены в шахматном порядке по времени, в результате чего пьезоэлементы с рычагами (ПР) контактируют с ведомым элементом, когда изменяется длина пьезоэлементов, и вызванные напряжения соответствуют требуемому направлению движения регулировки.
Основными недостатками прототипа являются низкий коэффициент полезного действия устройства, невысокая прочность в узлах крепления пьезоэлемента, также возможность заклинивания подвижных частей двигателя. Кроме того, увеличение мощности устройства возможно только за счет увеличения объёма и мощности пьезоэлемента.
Предложена конструкция линейного пьезоэлектрического двигателя, которая исключает перечисленные недостатки прототипа.
Задача решается тем, что двигатель, содержащий неподвижный корпус, ведомый элемент в подшипниковых опорах неподвижного корпуса, пьезоэлементы с рычагами (ПР) прямого и обратного хода ведомого элемента, источник питания пьезоэлементов, в отличие от прототипа, дополнительно оборудован подвижным корпусом. Подвижный корпус коаксиально размещен внутри неподвижного корпуса и соединен с ним упругими элементами, на подвижном корпусе жестко закреплены два ПР прямого хода ведомого элемента и два ПР обратного хода ведомого элемента, ПР одного и того же направления перемещения расположены оппозитно вокруг ведомого элемента, при этом источник питания пьезоэлементов имеет один выход для питания пьезоэлементов прямого хода и один выход для питания пьезоэлементов обратного хода, причем один из ПР для каждого из направлений перемещения ведомого элемента подключен к источнику питания через фазовращатель,
Каждый пьезоэлемент с рычагом выполнен в виде единого элемента, который жестко крепится на подвижном корпусе с возможностью фрикционного взаимодействия с ведомым элементом линейного пьезоэлектрического двигателя.
Сущность изобретения поясняется рисунками.
Фиг. 1 – Состав линейного пьезоэлектрического двигателя.
Фиг. 2 – Графики входного напряжения, подаваемого на пьезоэлементы.
Фиг. 3 – Пример практической реализации линейного пьезоэлектрического двигателя.
Линейный пьезоэлектрический двигатель на фиг. 1 содержит два корпуса: внешний неподвижный корпус 1 и внутренний подвижный корпус 2, соединенные между собой упругими элементами 3, на внутреннем подвижном корпусе жестко закреплены ПР 4, 5, 6, 7, из которых два ПР (4 и 5) служат для прямого хода и два ПР (6 и 7) служат для обратного хода ведомого элемента 8. Сам же ведомый элемент 8 размещен в подшипниковых опорах неподвижного корпуса. Подвижный корпус 2 на упругих элементах 3 имеет резонансную частоту колебательной системы, более чем в √2 раз превышающую резонансную частоту колебательной системы подвижного корпуса с ведомым элементом, что позволяет выполнить частотную развязку и исключить заклинивание.
Для синфазной подстройки работы пьезоэлементов с рычагом высокочастотный источник питания 9 через коммутатор 10 подключается к ПР 5 напрямую, а к ПР 4 через фазовращатель 11, при переключении коммутатора для обратного хода источник питания аналогично подключается к ПР 6 напрямую, а к ПР 7 через фазовращатель обратного хода 12.
Для эффективной работы пьезодвигателя необходимо, чтобы усилия F пьезоэлементов (например, 4 и 5) не имели временного сдвига фаз, то есть работали совершенно синфазно (фиг. 2а). Невозможно произвести абсолютно одинаковые пьезоэлементы, поэтому даже при одинаковых сигналах возбуждения реакции ПР 4 и 5 не будут совпадать по фазе (фиг. 2б), что существенно снижает суммарный момент пьезодвигателя. Поэтому на ПР 4 сигнал возбуждения подается через фазовращатель прямого хода 11, на котором компенсируется разность фаз работы ПР 5 и 4 (фиг. 2в).
Линейный пьезоэлектрический двигатель работает следующим образом (фиг.1).
При подключении источника питания 9 через коммутатор 10 к одному ПР 5 напрямую и к другому ПР 4 через фазовращатель 11 (для синфазной подстройки вибросмещения), ПР 4 и 5 удлиняются и создают суммарный момент на ведомом элементе 8, подвижный корпус 2 с жестко закрепленными в нем ПР 4, 5, 6, 7 на упругих элементах 3 перемещается за счет фрикционного трения. При снятии питания с пьезоэлементов с рычагами 4 и 5 механический контакт ПР 4 и 5 с ведомым элементом 8 пропадает, и подвижный корпус 2 с жестко закрепленными в нем ПР 4, 5, 6, 7 за счет упругих элементов 3 возвращается в исходное положение относительно неподвижного корпуса линейного пьезоэлектрического двигателя. Повторением данного высокочастотного процесса реализуется прямой ход ведомого элемента 8.
Обратный ход пьезоэлектрического двигателя.
При подключении источника питания 9 через переключенный коммутатор 10 к одному ПР 6 напрямую и к другому ПР 7 через фазовращатель 12 (для синфазной подстройки вибросмещения), ПР 6 и 7 удлиняются и создают суммарный момент на ведомом элементе 8, подвижный корпус 2 с жестко закрепленными ПР 4, 5, 6, 7 перемещается на упругих элементах 3 за счет фрикционного трения. При снятии питания с ПР 6 и 7 механический контакт ПР 6 и 7 с ведомым элементом 8 пропадает, и подвижный корпус 2 с жестко закрепленными ПР 4, 5, 6, 7 за счет реакции упругих элементов 3 возвращается в исходное положение относительно неподвижного корпуса линейного пьезоэлектрического двигателя. Повторением данного высокочастотного процесса реализуется обратный ход ведомого элемента 8 пьезоэлектрического двигателя.
Линейный пьезоэлектрический двигатель заявленной конструкции (например, габариты 50x50x50 мм, масса 100 г, мощность 1 Вт, частота входного напряжения 1 кГц) можно использовать в качестве устройства для натяжения периферийных шнуров УНПШ силового каркаса антенного рефлектора (фиг.3а). Устройство крепится на спице рефлектора 13 (фиг. 3б), шнур рефлектора фиксируется на ведомом элементе 8 пьезоэлектрического двигателя. Таким образом, шнур силового каркаса можно натягивать или ослаблять для улучшения отражающей способности рефлектора.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, состоит в повышении коэффициента полезного действия, увеличении удельной мощности пьезодвигателя за счет синфазности вибросмещения, уменьшении его габаритных размеров, обеспечении обратного хода, увеличении ресурса и надежности двигателя за счет фрикционного режима передачи момента на ведомый элемент и синфазной уравновешенности конструкции.
Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленного устройства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Pat. 6765335 United States, Piezoelectric adjusting element / Wischnewskiy Wladimir.
2. Zuowei Wang. Active shape adjustment of cable net structures with PZT actuators [Electronic resource]/ Zuowei Wang, Tuanjie Li, Yuyan Cao // Aerospace Science and Technology. – 2013. – pp. 160–168.
3. Pat. 8466601 United States, Operating method and driving means of a piezolinear drive / Christopher Mock.
4. Pat. 5424597 United States, Adjusting device with piezo drive / Rainer Gloss, Harry Marth.
Claims (1)
-
Линейный пьезоэлектрический двигатель, содержащий неподвижный корпус, ведомый элемент в подшипниковых опорах неподвижного корпуса, пьезоэлементы с рычагами прямого и обратного хода, источник питания пьезоэлементов, отличающийся тем, что дополнительно внутри неподвижного корпуса коаксиально размещен подвижный корпус, который соединен с неподвижным корпусом упругими элементами, на подвижном корпусе жестко закреплены два пьезоэлемента с рычагами прямого хода ведомого элемента и два пьезоэлемента с рычагами обратного хода ведомого элемента, пьезоэлементы с рычагами одного и того же направления перемещения расположены оппозитно вокруг ведомого элемента, при этом источник питания пьезоэлементов имеет один выход для питания пьезоэлементов прямого хода и один выход для питания пьезоэлементов обратного хода, причем один из пьезоэлементов с рычагами для каждого из направлений перемещения ведомого элемента подключен к источнику питания через фазовращатель.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112144A RU2617209C1 (ru) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Линейный пьезоэлектрический двигатель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112144A RU2617209C1 (ru) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Линейный пьезоэлектрический двигатель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2617209C1 true RU2617209C1 (ru) | 2017-04-24 |
Family
ID=58643301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016112144A RU2617209C1 (ru) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Линейный пьезоэлектрический двигатель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2617209C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2684395C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2019-04-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Линейный реверсивный вибродвигатель |
RU2698802C1 (ru) * | 2018-11-30 | 2019-08-30 | Общество с ограниченной ответственностью "РЭНК" (ООО "РЭНК") | Способ генерации механических колебаний и генератор для его осуществления |
RU2727610C1 (ru) * | 2019-06-21 | 2020-07-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Линейный шаговый пьезоэлектрический двигатель |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5424597A (en) * | 1993-05-07 | 1995-06-13 | Physik Instrumente (P.I.) Gmbh & Co. | Adjusting device with piezo drive |
US6765335B2 (en) * | 2001-06-12 | 2004-07-20 | Physik-Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Piezoelectric adjusting element |
UA10733U (ru) * | 2005-06-10 | 2005-11-15 | Національний Технічний Університет України "Київський Політехнічний Інститут" | Линейный волновой пьезоэлектрический двигатель |
RU2390090C1 (ru) * | 2009-01-23 | 2010-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" (ОАО "НИИ "Элпа") | Линейный пьезоэлектрический двигатель |
US20100264856A1 (en) * | 2009-04-16 | 2010-10-21 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Operating method and driving means of a piezolinear drive |
-
2016
- 2016-03-31 RU RU2016112144A patent/RU2617209C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5424597A (en) * | 1993-05-07 | 1995-06-13 | Physik Instrumente (P.I.) Gmbh & Co. | Adjusting device with piezo drive |
US6765335B2 (en) * | 2001-06-12 | 2004-07-20 | Physik-Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Piezoelectric adjusting element |
UA10733U (ru) * | 2005-06-10 | 2005-11-15 | Національний Технічний Університет України "Київський Політехнічний Інститут" | Линейный волновой пьезоэлектрический двигатель |
RU2390090C1 (ru) * | 2009-01-23 | 2010-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" (ОАО "НИИ "Элпа") | Линейный пьезоэлектрический двигатель |
US20100264856A1 (en) * | 2009-04-16 | 2010-10-21 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Operating method and driving means of a piezolinear drive |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2684395C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2019-04-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Линейный реверсивный вибродвигатель |
RU2698802C1 (ru) * | 2018-11-30 | 2019-08-30 | Общество с ограниченной ответственностью "РЭНК" (ООО "РЭНК") | Способ генерации механических колебаний и генератор для его осуществления |
RU2727610C1 (ru) * | 2019-06-21 | 2020-07-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Линейный шаговый пьезоэлектрический двигатель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100483804B1 (ko) | 압전 선형초음파모터 | |
RU2617209C1 (ru) | Линейный пьезоэлектрический двигатель | |
US20090127974A1 (en) | Small piezoelectric or electrostrictive linear motor | |
US6429573B2 (en) | Smart material motor with mechanical diodes | |
KR100965433B1 (ko) | 전방향성 선형 압전초음파모터 | |
US7105984B2 (en) | Drive unit and an operating apparatus | |
JP4984673B2 (ja) | 駆動装置 | |
US11114954B2 (en) | Ultrasonic motor having generators formed of cooperating and spaced apart first and second sub-generators | |
CN201869079U (zh) | 用于直线电机的电磁-永磁箝位机构 | |
RU2586880C2 (ru) | Возвратно-поступательный двигатель с электроприводом | |
US7671513B2 (en) | Piezoelectric motor allowing at least two degrees of freedom, in rotation and linear displacement | |
US5530312A (en) | Multi-cycle electric motor system | |
KR100530867B1 (ko) | 복합 압전선형 초음파모터 | |
CN101976931B (zh) | 用于直线电机的电磁-永磁箝位机构 | |
RU2621712C2 (ru) | Вращательный пьезоэлектрический двигатель | |
JP6497964B2 (ja) | 振動型アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラおよび制御方法 | |
Zhou et al. | Linear piezo-actuator and its applications | |
CN108063564B (zh) | 一种新型摩擦式直线压电驱动器 | |
JPH06284754A (ja) | 振動モータ | |
CN219237205U (zh) | 微型压电双向移动机器人 | |
CN111146971B (zh) | 一种夹心式多模态复合型旋转压电作动器及其工作方法 | |
US20080105081A1 (en) | Linear Displacement Devices | |
KR102063025B1 (ko) | 압전 액추에이터 | |
CN117863209A (zh) | 直线运动执行器、多模态微型制动器及机器人 | |
JP6256409B2 (ja) | 駆動力伝達装置及びその制御用プログラム |