SU790044A1 - Piezoelectric drive - Google Patents

Piezoelectric drive Download PDF

Info

Publication number
SU790044A1
SU790044A1 SU792727058A SU2727058A SU790044A1 SU 790044 A1 SU790044 A1 SU 790044A1 SU 792727058 A SU792727058 A SU 792727058A SU 2727058 A SU2727058 A SU 2727058A SU 790044 A1 SU790044 A1 SU 790044A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
frequency
piezoelectric
voltage
motor
rotation
Prior art date
Application number
SU792727058A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Игоревич Гасс
Вячеслав Васильевич Лавриненко
Александр Петрович Шуляренко
Original Assignee
Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. 50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
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 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. 50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции filed Critical Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. 50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority to SU792727058A priority Critical patent/SU790044A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU790044A1 publication Critical patent/SU790044A1/en

Links

Landscapes

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

Description

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД(54) PIEZOELECTRIC DRIVE

1one

Изобретение относитс  к приборостроению и предназначено дл  использовани  в аппаратуре магнитной записи, в частности в качестве привода ведущего узла магнитофона.The invention relates to instrument engineering and is intended for use in magnetic recording equipment, in particular as a drive for a tape deck master unit.

Известен привод лентопрот жных механизмов, в котором используетс  преобразование электрической энергии в механическое вращательное движение ротора с помощью пьезоэлектрического элемента и содержатс  блоки управлени  и стабилизации частоты вращени  поивода. Привод имеет термочувствительный элемент, с помощью которого компенсируетс  неравномерность вращени  ротора, св занна  с изменени ми температурных условий I .A known drive of belt mechanisms, in which electrical energy is converted into mechanical rotational motion of the rotor using a piezoelectric element, and contains control and stabilization units for the frequency of rotation of the drive. The actuator has a temperature-sensitive element, which is used to compensate for the uneven rotor rotation associated with changes in temperature conditions I.

Недостатком данного привода  вл етс  нестабильность вращени  ро- . тора, вызванна ,например изменением механической нагрузки на валу .The disadvantage of this drive is the instability of ro rotation. torus, caused, for example, by a change in the mechanical load on the shaft.

: Известен пьезоэлектрический привод , содержащий пьезоэлектрический двигатель, источник переменного электрического напр жени . С целью повышени  стабильности работы в устройство введены преобразователь изменени  тока в управл ющий сигнал..A: A piezoelectric drive is known, which contains a piezoelectric motor, a source of alternating electrical voltage. In order to increase the stability of operation, a current change converter is introduced into the device into a control signal.

умножитель глубины модул ции и сумма тор. Преобразователь изменени  тока в управл ющий сигнал подключен к пьезоэлектрическому двигателю иmodulation depth multiplier and sum of torus. A current-to-control signal converter is connected to a piezoelectric motor and

5 к умножителю глубины модул ции, выход которого соединен с одним из входов сумматора,подключенного вы-ходом к пьезоэлектрическому двигателю , а другим входом - к источнику переменного электрического напр жени , управл ющий вход которого св зан с умножителем глубины модул ции и с преобразователем изменени  тока в управл ющий сигнал 2,5 to a modulation depth multiplier, the output of which is connected to one of the inputs of an adder connected via an output to a piezoelectric motor, and another input to a source of alternating electrical voltage whose control input is connected to a modulation depth multiplier and change converter current to control signal 2,

15 Однако, при длительной работе привода происходит значительное изменение средней частоты вращени  двигател . Кроме того,при изменении температуры мен етс  ток через пье20 зоэлемент двигател  и частота вращени . Также нестабильна мгновенна  частота врсццени  двигател , св занна  с эксцентриситетом ротора.15 However, during long-term operation of the drive, a significant change occurs in the average rotational speed of the engine. In addition, as the temperature changes, the current through the engine's pion20 and the rotational speed changes. Also unstable is the instantaneous frequency of the engine vscene associated with the rotor eccentricity.

Известно устройство, содержащееA device is known that contains

25 пьезоэлектрический двигатель и преобразователь частоты вращени  вала двигател  в частоту электрического сигнала. Причем, сигнал с преобразовател  частоты вращени  (датчика25 a piezoelectric motor and an inverter motor frequency converter to an electrical signal frequency. Moreover, the signal from the rotational speed converter (sensor

30 скорости)поступает на частотный диск30 speeds) goes to the frequency drive

риминатор и через блок управлени  управл ет напр жением питани  пъезопреобразовател  Raminator and through the control unit controls the voltage of the piezoelectric converter

Однако это устройство не обеспечивает стабильности вращени , необходимой дл  использовани  этого устройства в качестве привода ведущего узла магнитофона высшего класса .However, this device does not provide the stability of rotation required to use this device as a drive for a top-class tape recorder.

Цель изобретени  - уменьшениенестабильности мгновенной и средней частоты вращени  пьезоэлектрического двигател  и упрощение устройства.The purpose of the invention is to reduce the instability of the instantaneous and average frequency of rotation of the piezoelectric motor and simplify the device.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что пьезоэлектрический привод, содержащий пьезоэлектрический двигатель и преобразователь частоты вращени  вала двигател  в частоту электрического сигнала, пропорциональную частоте вращени  вала, снабжен усилителем мощности, вход которого соединен с выходом преобразовател  частоты вращени  вала, а выход подключен к пьезоэлектрическому двигателю . The goal is achieved by the fact that a piezoelectric actuator containing a piezoelectric motor and an inverter shaft rotation frequency converter into an electrical signal frequency proportional to the shaft rotation frequency is provided with a power amplifier, the input of which is connected to the output of the shaft rotation frequency converter and the output connected to the piezoelectric motor.

Кроме того, с целью обеспечени  самозапуска, усилитель мощности охвачен положительной обратной св зью, в цейь которой включено реле времени , подключенное к выходу преобразовател  частоты вращени  вала-двигател  в частоту электрического сигнала . ..In addition, in order to ensure self-starting, the power amplifier is covered by positive feedback, which is connected to a time relay connected to the output of the frequency converter of the motor shaft to the frequency of the electric signal. ..

На фиг.1 представлена блок-схема устройства на фиг.2 - принципиальна  схема.Fig. 1 is a block diagram of the device in Fig. 2, a schematic diagram.

Пьезоэлектрический привод содержит усилитель 1 мощности, пьезоэлектриче .скйй двигатель 2, преобразователь 3 частоты вращени  вала двигател  в частоту электрического сигнала . Дл  самозапуска пьезоэлектрический привод снабжен реле 4 времени .The piezoelectric drive contains a power amplifier 1, a piezoelectric motor 2, a converter 3 of the frequency of rotation of the motor shaft into the frequency of an electrical signal. For self-starting, the piezoelectric actuator is equipped with a relay 4 times.

Усилитель 1 мощности аыполнен на транзисторах 5 и 6 с сопротивлением 7 смещени . К выходу усилител  мощности через электрический трансформатор 8 подключен пьезоэлектрический даигатепь 2. Дл  обеспечени  самозапуска усилитель мощности снабжают элементами положительной обратной св зи: емкостью 9, индуктивность 10, сопротивлением 11, емкостью 12 и индуктивностью 13.Power amplifier 1 is made on transistors 5 and 6 with resistance 7 bias. A piezo-electric sensor 2 is connected to the output of the power amplifier via an electric transformer 8. To ensure self-starting, the power amplifier is provided with positive feedback elements: a capacitance 9, an inductance 10, an impedance 11, a capacitance 12 and an inductance 13.

Преобразователь 3 частоты вращени  вала двигатели в частоту электрческого сигнала содержит растровый диск, установленный на валу двигател  {не показан), оптронную пару 1 и 15 с токоограничивающкми элементами 16 и 17 и усилитель 18 напр жени  с элементами 19 и 20 смещени . Выход преобразовател  3 частоты вра щени  вала двигател  подключен ко входу усилител  1 мощности. . Дл  самозапуска пьезоэлектрический привод снабжен реле 4 времени, которое включает сопротивление 21,The converter 3 of the shaft rotational speed motors to the frequency of the electrical signal contains a raster disk mounted on the motor shaft (not shown), an optocoupler pair 1 and 15 with current limiting elements 16 and 17 and a voltage amplifier 18 with bias elements 19 and 20. The output of the converter 3 frequencies of rotation of the motor shaft is connected to the input of the power amplifier 1. . For self-starting, the piezoelectric actuator is equipped with a time relay 4, which includes a resistance 21,

емкость 22, реле 23 (фиг.2) и обеспечивает на врем  запуска пъезоэлектрического -привода эa 1ыкaниe цепи положительной обратной св зи усилител  1 мощности и отключение выхода преобразовател  3 частоты вращени  вала двигател , в частоту электрического сигнала от входа усилител  1 мощности.the capacitor 22, the relay 23 (FIG. 2) provides for the start time of the piezoelectric actuator, the positive coupling 1 of the power amplifier 1 and the output of the converter 3 to the frequency of rotation of the motor shaft, to the frequency of the electrical signal from the input of the power amplifier 1.

Устройство допускает применение также других преобразователей скорости вралцени  в частоту импульсов, .например магнитных, с применением дополнительно умножител  частоты. Кроме того, в качестве реле времени допускаетс  применение бесконтактных реле с транзисторныУШ или другими полупроводниковыми Kj-тчами.The device also allows the use of other speed transducers for the frequency of pulses, such as magnetic ones, using an additional frequency multiplier. In addition, as a time relay, contactless relays with transistors or other semiconductor Kj-tchami are allowed.

Пьезоэлектрический привод работает следующим образом.The piezoelectric actuator operates as follows.

При отсутствии в приводе реле 4 времени и элементов 9-13 положительной обратной св зи усилител  1 мощности , после подключени  к схеме напр жени  питани  от источника, вал пьезоэлектрического двигател  2 не вращаетс  из-за от(рутстви  переменного напр жени  на входе усилител  1 мощности, а следовательно и на входе пьезоэлектрического двигател  2. Если принудительно, например с помощью бокового узла магнитофона , раскрутить вал пьезоэлектрического двигател  2 со скоростью выше номинальной, то растровый диск, установленный на валу пьезоэлектрического двигател , начнет модулировать световой поток в оптронной паре 14 и 15. В результате ток фотодиода 15 модулируетс  с частотой, равной произведению частоты вращени  вала пьезоэлектрического двигател  на количество растровых линий. Переменное напр жение снимаетс  с резистора 17 и подаетс  на вход усилител  18 напр жени . Усиленное напр жение подаетс  на вход усилител  1 мощности, которое усиливаетс  по мощности и подаетс  на пьезоэлектрический двигатель.If there are no time in the drive of the relay 4 and elements 9-13 of the positive feedback of power amplifier 1, after connecting to the supply voltage circuit from the source, the shaft of the piezoelectric motor 2 does not rotate due to (rtstv AC voltage on the input of power amplifier 1 and, consequently, at the input of the piezoelectric engine 2. If forcibly, for example, using the side unit of the tape recorder, spin the shaft of the piezoelectric engine 2 at a speed higher than the nominal speed, then the raster disk mounted on the shaft of the piezoelectric motor The motor will begin to modulate the light flux in the optocouplers 14 and 15. As a result, the current of the photodiode 15 is modulated with a frequency equal to the product of the rotational speed of the piezoelectric motor and the number of raster lines. The alternating voltage is removed from the voltage amplifier 18 The amplified voltage is applied to the input of power amplifier 1, which is amplified in power and supplied to a piezoelectric motor.

Если прекратить принудительное вращение вала пьезоэлектрического двигател  2, он начнет тормозитьс  из-за трени  в подшипниках и внешней нагрузки, а частота электрического сигнала на выходе усилител  18 начнет понижатьс  и приближатьс  к резонансной частоте пъезоэлёмента пьезоэлектрического двигател  2.If you stop the forced rotation of the shaft of the piezoelectric motor 2, it will begin to brake due to friction in the bearings and external load, and the frequency of the electrical signal at the output of the amplifier 18 will begin to decrease and approach the resonant frequency of the piezoelectric piezoelectric motor 2.

Снижение частоты электрического сигнала с выхода усилител  18, а следовательно и торможение вала пьезоэлектрического двигател  2 происходит до некоторого значени  частоты электрического сигнала на выходе усилител  18 напр жени  и на входе ;Пьезоэлектрического двигател  2. Это значение частоты электрического сигнала (рабоча  точка) лежит в пределах правого склона резонансной характеристики пьезоэлемента двига-, тел . Если под воздействием возмущающих факторов вал двигател  2 вра цаетс  с меньшей частотой, то уменьшаетс  частота электрического сигнала на входе пьезоэлектрического двигател , что приводит к увеличению амплитуды колебаний пьезоэлемента и увеличению частоты вращени  вала до номинального значени .The frequency of the electrical signal from the output of the amplifier 18 decreases, and consequently the braking of the shaft of the piezoelectric motor 2 occurs to a certain value of the frequency of the electrical signal at the output of the voltage amplifier 18 and the input; Piezoelectric motor 2. This frequency of the electrical signal (operating point) lies within right slope of the resonance characteristics of the piezoelectric motor, tel. If, under the influence of disturbing factors, the motor shaft 2 rotates at a lower frequency, then the frequency of the electrical signal at the input of the piezoelectric motor decreases, which leads to an increase in the amplitude of oscillation of the piezoelectric element and an increase in the shaft rotation frequency to the nominal value.

Аналогично,что при увеличении частоты вращени  вала, реакци  привода направл етс  на уменьшение частоты , до номинального уровн .Similarly, when increasing the frequency of rotation of the shaft, the drive response is directed at reducing the frequency to the nominal level.

Таким образом, устройство охвачено отрицательной обратной св зью, и частота вращени  вала остаетс  посто нной.Thus, the device is covered by negative feedback, and the shaft speed remains constant.

При самозапуске пьезоэлектрического привода,после включени  источника питани ,через обмотку реле 23 (фиг.2) протекает большой зар дный ток емкости 22, достаточный дл  срабатывани  реле 23 . При этом переключающий контакт 24 замыкает цепь положительной обратной св зи усилител  1 мощности. Усилитель 1 мощности, охваченный положительной обратной св зью, представл ет собой автогенератор, где частотозадающим элементом  вл етс  пьезоэлектрический двигатель 2.Upon self-starting of the piezoelectric drive, after turning on the power source, a large charging current of the capacitor 22 flows through the winding of the relay 23 (Fig. 2), which is sufficient for the operation of the relay 23. In this case, the switching contact 24 closes the positive feedback circuit of the power amplifier 1. The power amplifier 1, covered by a positive feedback, is an oscillator, where the frequency-generating element is a piezoelectric motor 2.

Переменное напр жение на электродах эммитер-коллектор транзисторов 5 и 6 усилител  1 мощности, сдвинуг тое на 180 относительно напр жени  на электродах эмиттер-база, подает-, с  на последовательный контур 9 и 10 настроенный на резонансную частоту пьезоэлектрического двигател  2. Напр жение с емкости 9 через резисто 11, отстающее по фазе на 90относи-: тельно напр жени  на электродах эмиттер-коллектор транзисторов 5 и б, подаетс  на параллельный резонансньгй контур, настроенный на резонансную частоту пьезоэлектрического двигател  2. Параллельный резонансный контур состоит из емкости 12 и индуктивности 13,причем последовательно с индуктивностью включен вход усилител  1 мощности. Такое включение входа усилител  1 мощности в параллельном контуре позвол ет получить на входе усилител  1 мощности напр жение , отстающее по фазе на 90 от-носительно напр жени  на емкости 9 и на 180 относительно напр жени  . на электродах эмиттер-коллектор транзисторов. Такой сдвиг фаз определ ет цепь обратной св зи как положительную и баланс фаз. у описываемого автогенератора выполн етс ,так. как сдвиг фаз между напр жением на входе усилител  при разомкнутой цепи .обратной- св зи и напр жением на выходе цепи обратной св зи равен нулю Условие баланса амплитуд выполн еГ.с  заСчет выбора коэффициента усили  по току примен емых транзисторов, а также путем выбора элементов ll-lCKThe alternating voltage on the electrodes of the emitter-collector of transistors 5 and 6 of power amplifier 1, shifted by 180 relative to the voltage on the electrodes of the emitter base, supplies - with the serial circuit 9 and 10 tuned to the resonant frequency of the piezoelectric motor 2. The voltage c the capacitance 9 through resisto 11, which is lagging in phase at 90 degrees relative to the voltage on the electrodes, the emitter-collector of transistors 5 and b, is applied to a parallel resonant circuit tuned to the resonant frequency of the piezoelectric motor 2. Parallel The resonant circuit consists of a capacitance 12 and an inductance 13, and the input of the amplifier 1 is connected in series with the inductance. Such switching on the input of power amplifier 1 in a parallel circuit makes it possible to obtain at the input of power amplifier 1 a voltage that is lagging in phase by 90 relative to the voltage on the capacitance 9 and 180 relative to the voltage. on the electrodes emitter-collector transistors. Such a phase shift defines the feedback loop as positive and phase balance. in the described oscillator, this is the case. as a phase shift between the voltage at the input of the amplifier with an open circuit. feedback and the voltage at the output of the feedback circuit is equal to zero. The amplitude balance condition executes eGs based on the choice of the current amplification factor of the applied transistors, as well as by selecting elements ll-lCK

При замыканиицепи положительной обратной св зи переключаклдим контактом 24, реле 23 производит самовозбуждение описанного автогенератора, частота генерации которого близка к резонансной частоте пьезоэлектрического двигател  2. В результате возбуждени  двигател , частота вра0 щени  его ротора повышаетс  и установившеес  значение ее, определ емое напр жением питани  привода, должно превышать номинальную частоту вращени  так, чтобы частота электриs ческого сигнала на выходе преобразовател  3 частоты вращени  вала двигател  в .частоту элект ического сигнала превьаиала резонансную частоту пьезоэлектрического двигател . При этом выход Преобразова0 тел  3 частоты вращени  вала в частоту электрического сигнала отключен с помощью переключак цего контакта 24 реле 23 от входа усилител  мощности.When the positive feedback circuit is switched by switch 24, the relay 23 self-excites the described oscillator, the generation frequency of which is close to the resonant frequency of the piezoelectric motor 2. As a result of the excitation of the motor, the rotation frequency of its rotor rises and its steady value determined by the voltage of the drive must exceed the nominal rotation frequency so that the frequency of the electrical signal at the output of the converter 3 of the frequency of rotation of the motor shaft to the frequency the electrical signal transmitted the resonant frequency of the piezoelectric motor. At the same time, the output of the Transformer 3 of the shaft rotation frequency to the frequency of the electrical signal is switched off by switching the contact 24 of the relay 23 from the input of the power amplifier.

5five

По мере зар да емкости 22 реле 4 времени, ток зар да уменьшаетс  и при некотором его значении срабатывает реле 23 и переключающий контакт 24 занимает исходное положе6 ние (фиг.2), подключа  выход преобразовател  3 частоты вращени  вала двигател  в частоту электрического сигнала ко входу усилител  1 мс-щности . режим работы пьезоэлектри5 ческого привода соответстаует -установившемус , описанному вь ае. Врем  срабатывани  реле 4 времени опреде л етс  паспортньми данншли, примен емыми реле 23 и величиной элементов 21 и 22 и выбираетс  доста0 точным дл  того, чтобы вал пьезоэлектрического двигател  2 успевал разгон тьс  до максимальной частоты вращени , превышающей номинальную.As the capacitance 22 of the relay 4 charges, the charging current decreases and, at a certain value, the relay 23 operates and the switching contact 24 takes the initial position (Fig. 2), connecting the output of the converter 3 to the frequency of the motor shaft rotation to the electrical signal frequency 1 ms power amplifier. the operating mode of the piezoelectric drive is consistent with the -state described in the picture. The response time of the relay 4 is determined by the passport data used by the relay 23 and the size of the elements 21 and 22 and is chosen sufficient for the shaft of the piezoelectric motor 2 to accelerate to a maximum rotation frequency exceeding the nominal speed.

Испытани  предлагаемого пьезо5 электрического привода показали, что при изменении напр жени  питани  пьезоэлектрического привода в пределах 15-45 В, средн   частота вращени  его измен етс  не более Tests of the electric drive offered by the piezo5 showed that when the voltage of the piezoelectric actuator changes in the range of 15-45 V, the average frequency of rotation changes no more than

0 чем на ± 0,5% относительно номинального значени , соответствующего напр жению питани  30 В, что при изменении температуры окружающей среды 20С - 60°С, частота вра5 щени  пьезоэлектрического привода измен етс  не более, чем на + 0,3% от номинального значени , что в ука Iзанных диапазонах изменени  питающего напр жени  и изменени  температур , максимальный коээфициент 0 than ± 0.5% relative to the nominal value corresponding to a supply voltage of 30 V, which, when the ambient temperature changes from 20 ° C to 60 ° C, the rotation frequency of the piezoelectric actuator changes by no more than + 0.3% of the nominal that in the given range of supply voltage and temperature, the maximum coefficient

0 нестабильности частоты вращени  пье- зоэлектрического привода не превышает значений + 0,01%.0 the instability of the rotation frequency of the piezoelectric drive does not exceed + 0.01%.

Использование предлагаемого пьезоэлектрического привода обеспечи5The use of the proposed piezoelectric drive provides 5

Claims (2)

Формула изобретения 1. Авторское свидетельство СССР № 595785, кл. G 11 В 15/40, 1976.The claims 1. Copyright certificate of the USSR No. 595785, class. G 11 B 15/40, 1976. 1. Пьезоэлектрический привод,1. Piezoelectric actuator, 2. Авторское свидетельство СССР2. USSR copyright certificate Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Branch of PPP Patent, Uzhhorod, st. Project, 4
SU792727058A 1979-02-21 1979-02-21 Piezoelectric drive SU790044A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792727058A SU790044A1 (en) 1979-02-21 1979-02-21 Piezoelectric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792727058A SU790044A1 (en) 1979-02-21 1979-02-21 Piezoelectric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU790044A1 true SU790044A1 (en) 1980-12-23

Family

ID=20811189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU792727058A SU790044A1 (en) 1979-02-21 1979-02-21 Piezoelectric drive

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU790044A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0603162B1 (en) Driving device for ultrasonic motor
EP0261810B1 (en) Drive method for ultrasonic motor providing enhanced stability of rotation
US4888514A (en) Driving apparatus for ultrasonic motor
US4207510A (en) Control method and means for efficient operation of brushless d-c motors over a wide range of operating conditions
EP0027873A1 (en) Electrical stepper motor
US3753063A (en) Stabilizing means for an a-c motor drive
US3402333A (en) Electronically controlled synchronous motor
KR830003960A (en) Power factor control system for AC induction motor
US4853578A (en) Driving apparatus for ultrasonic motor
US5159223A (en) Driving apparatus for ultrasonic motor
SU790044A1 (en) Piezoelectric drive
US4644188A (en) Voltage comparison circuits for motion amplitude regulators or the like
US4577164A (en) Drive regulator utilizing variable pulse width signal
US4499436A (en) Motion amplitude regulator with breaking pulse regulation
US2915689A (en) Oscillator transducer motor control
US3971974A (en) Apparatus for controlling the synchronous drive for direct-current motors
RU1810976C (en) Precision piezoelectric drive
SU678526A1 (en) Tape mechanism driving unit
US3471764A (en) Slip frequency combining apparatus
SU917292A1 (en) Device for control of multiphase synchronous electric motor
US3140435A (en) Capstan motor damping servo
JPH01209967A (en) Controller for ultrasonic motor
SU744340A1 (en) Automatic bridge meter
SU1022263A1 (en) Do vibromotor
JPH0678571A (en) Driving circuit for ultrasonic motor