SU864385A1 - Однофазный вибродвигатель - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрическим двигателям и может быть использовано в оптико-механическом приборостроении, а также в магнитофонах и электропроигрывающих устройствах.

Известен вибродвигатель, содержащий сопряженный с торцом трубчатого пъезокерамического вибратора один (или два) ступенчатый преобразователь продольных колебаний, приводная часть которого выполнена в виде расположенных по окружности наклонных стержней, контактирующих своими торцами с торцом ротора [1]. 15

Поскольку ступенчатые преобразователи продольных колебаний в целом не представляют собой единую резонансную систему, то в данном вибродвигателе существуют значительные 20 потери на электромеханическое преЬбразование, для эффективной работы требуется подстройка собственных резонансных частот стержней на одну рабочую частоту. Стабильность враще- 25 ния ротора низкая.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вибродвигатель, содержащий установленный в корпусе цилиндрический ве- 30 дущий элемент продольно-крутильных колебаний, одним торцом фрикционно сопряженный с ротором. Ведущий элемент представляет собой концентратор с наклонными щелевидными вырезами, внутри которых с помощью накладки укреплен пъезокерамический вибратор. Ведущий элемент прикреплен к корпусу через резиновую прокладку [2] .

Однако накладка не сочленена с корпусом и не обеспечивает полную неподвижность верхнего торца пъезокерамического вибратора, что приводит к неполному использованию колебательной энергии пъеэоэлемента. Наличие же резиновой прокладки приводит к демпфированию амплитуды колебаний концентратора и следовательно к дополнительной потере энергии на преобразование .

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности вибродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в однофазном вибродвигателе, содержащем установленный в корпусе цилиндрический ведущий элемент продольно-крутильных колебаний, одним торцом фрикционно сопряженный с ротором, цилиндрический ведущий эле3 мент выполнен в виде резонатора, имеющего наклонные пьезоэлектрические участки и другим торцом жестко закреплен на корпусе.

Резонатор может быть выполнен в виде радиально поляризованного пьезокерамического цилиндра с электродами на боковых поверхностях и наклонными щелевидными вырезами или в виде радиально поляризованного цилиндра с наклонно расположенными электродными областями.

Кроме того, для обеспечения стабилизации угла поворота ротора резонатор выполнен в виде цилиндрического биморфа, а ротор - в виде стакана, надетого на резонатор с возможностью фрикционного взаимодействия с боковой поверхностью резонатора.

На фиг.1 изображена схема вибродвигателя с одним ротором; на фиг.2 то же, с двумя роторами; на фиг.З схема шагового вибродвигателя, разрез .

Вибродвигатель (фиг.1) содержит полый радиально поляризованный пъезокерамический цилиндр 1 с несколькими наклонными электродными областями или несколькими наклонными щелевидными вырезами 2, одним торцом фрикционно сочлененный с ротором 3, а другим торцом жестко сочленен с корпусом. Боковые поверхности пъезокерамического цилиндра электродированы. Вибродвигатель со стабилизированным шагом (фиг.З) содержит биморфный резонатор, состоящий, например, из склееных между собой боковыми поверхностями пъезокерамического цилиндра 1 и тонкостенного металлического цилиндра 4. Ротор выполнен в : виде стакана, надетого на резонатор.

Вибродвигатель работает следующим образом.

При подаче на электроды переменного напряжения с частотой, равной одной.из собственных резонансных частот пьеэопреобразователя, в последнем возбуждают продольно-крутильные колебания. Верхний торец пъезокерамического цилиндра при этом ударяет в ротор 3, который поднимаясь, одновременно проворачивается вокруг оси на некоторый угол. Поскольку частота собственных колебаний обычно больше 10 кГц,то инерционный ротор 3, прижатый (с усилием Р): или свободно лежащий на торце пъезокерамического цилиндра, под действием направленного виброударного воздействия совершает плавное вращение (с угловой частотой ю ). Резонатор вибродвигателя со стабилизированным шагом (фиг.З) выполнен составным, например биморфным, и дополнительно к продольно-крутильным колебаниям совершает еще и бочкообразные колебания. При подаче на электроды пъезопреоб разователя переменного напряжения боковые стенки резонатора выгибаются, например, во внутрь, верхний торец резонатора при этом отрывается от дна стакана (ротора). В последующий момент времени боковые стенки выпрямляются, при этом торец резонатора ударяет в дно стакана и стакан начинает проворачиваться до тех пор, пока середина боковой поверхности резонатора не упрется во внутреннюю цилиндрическую часть стакана и стакан не остановится. В дальнейшем торец резонатора еще раз ударяет в дно стакана, проворачивает его, и боковая поверхность резонатора выгибается вовнутрь. Таким образом, за период колебания резонатора, ротор два раза проворачивается и один раз стопорится. При данной амплитуде подведенного напряжения шаг двигателя оказывается стабилизирован. Еще большая стабильность и меньший шаг могут быть получены, если ротор из двух сочлененных между собой стаканов , охватывающих с обеих сторон боковые поверхности резонатора. При этом за период колебания ротор два раза ускоряется (проворачивается) и два раза стопорится.

Предложенный вибродвигатель имеет минимальное количество элементов, что упрощает его конструкцию, и в результате вибрационного принципа работы минимальные потери на преобразование, поскольку все дополнительные элементы являются источником потерь . Закрепление одного торца пъезопреобразователя непосредственно на корпусе позволяет более эффективно использовать его колебательную энергию по сравнению с закреплением при помощи присоединенной массы, которая не обеспечивает полной неподвижности торца пъезопреобразователя.

Использование изобретения позволяет создать экономичные и простые по конструкции и изготовлению однофазные вибродвигатели для магнитофона и электропроигрывающих устройств (фиг.1) а также тихоходные прецизионные шаговые вибродвигатели для нужд приборостроения (фиг.З).

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к электрическим двигател м и может быть использовано в оптико-механическом приборостроении, а также в магнитофонах и электропроигрываквдих устрой ствах. Известен вибродвигатель, содержащий сопр женный с торцом трубчато пъезокерамического вибратора один (или два) ступенчатый преобразователь продольных колебаний,приводна часть которого выполнена в виде рас ложенных по окружности наклонных стержней, контактирующих своими тор цами с торцом ротора 1. Поскольку ступенчатые преобразователи продольных колебаний в целом не представл ют собой единую резонансную систему, то в данном вибродвигателе существуют значительные потери на электромеханическое преЬбразование , дл  эффективной работы требуетс  подстройка собственных резонансных частот стержней на одну рабочую частоту. Стабильность враще ни  ротора низка . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  вибродвигатель, содержащий установленный в корпусе цилиндрический ведущий элемент продольно-крутильных колебаний, одним торцом фрикционно сопр женный с ротором. Ведущий элемент представл ет собой концентратор с наклонными щелевидными вырезами , внутри которых с помощью накладки укреплен пъезокерамнческий вибратор. Ведущий элемент прикреплен к корпусу через резиновую прокладку 2 . Однако накладка не сочленена с корпусом и не обеспечивает полную неподвижность верхнего торца пъезокерамического вибратора, что приводит к неполному использованию колебательной энергии пъезоэлемента. Наличие же резиновой прокладки приводи к демпфированию амплитуды колебаний концентратора и следовательно к дополнительной потере энергии на преобразование . Цель изобретени  - упрощение конструкции и повышение эффективности вибродвигател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в однофазном вибродвигателе, содержащем установленный в корпусе цилиндрический ведущий элемент продольно-крутильных колебаний, одним торцом фрикционно сопр женный с ротором , цилиндрический ведущий элемент выполнен в виде резонатора, имеющего наклонные пьезоэлектрические участки и другим торцом жестко закреплен на корпусе. Резонатор может быть выполнен в виде радиально пол ризованного пъез керамического цилиндра с электродами на боковых поверхност х и наклонными щелевидными вырезами или в виде радиально пол ризованного цилиндра с наклонно расположенными электродными област ми. Кроме того, дл  обеспечени  стабилизации угла поворота ротора резонатор выполнен в виде цилиндрического биморфа, а ротор - в виде стакана , надетого на резонатор с возможностью фрикционного взаимодействи  с боковой поверхностью резонатора . На фиг,1 изображена схема вибродвигател  с одним ротором; на фиг.2 то же, с двум  роторами; на фиг.З схема шагового вибродвигател , разрез о Вибродвигатель (фиг.1) содержит полый радиальпо пол ризованный пъезокерамический цилиндр 1 с несколькими наклонными электродными област ми или несколькими наклонными щеле видными вырезами 2, одним торцом фрикционно сочлененный с ротором 3, а другим торцом жестко сочленен с к пусом. Боковые поверхности пъезокерамического цилиндра электродиррваны . Вибродвигатель со стабилизированным шагом (фиг.З) содержит бимор ннй резонатор, состо щий, например, из склееных между собой боковыми по верхност ми пъезокерамического цилиндра 1 и тонкостенного металличес кого цилиндра 4. Ротор выполнен в ; виде стакана, надетого на резонатор Вибродвигатель работает следующи образом. При подаче на электроды переменн го напр жени  с частотой, равной одной из собственных резонансных ча тот пъезопреобразовател , в последнем возбуждают продольно-крутильные колебани . Верхний торец пъезокерам ческого цилиндра при этом удар ет в ротор 3, который поднима сь, одновр менно проворачиваетс  вокруг оси на некоторый угол. Поскольку частота собственных колебаний обычно больше 10 кГц,то инерционный ротор 3, прижатый (с усилием Р): или свободно лежащийна торце пъезокерамического цилиндра, под действием направленного виброударного воздействи  совершает плавное вращение (с угловой частотой ID ). Резонатор вибродвигател  со стабилизированным шагом (фиг.З) выполнен составным, наприме биморфным, и дополнительно к продольно-крутильным колебани м совершает еще и бочкообразные колебани . При подаче на электроды пъезопреобразовател  переменного напр жени  боковые стенки резонатора выгибаютс , например, во внутрь, верхний торец резонатора при этом отрываетс  от дна стакана (ротора). В последующий момент времени боковые стенки выпр мл ютс , при этом торец резонатора удар ет в дно стакана и стакан начинает проворачиватьс  до тех пор, пока середина боковой поверхности резонатора не упретс  во внутреннюю цилиндрическую часть стакана и стакан не остановитс , в дальнейшем торец резонатора еще раз удар ет в дно стакана, проворачивает его, и бокова  поверхность резонатора выгибаетс  вовнутрь. Таким образом, за период колебани  резонатора ротор два раза проворачиваетс  и один раз стопоритс . При данной амплитуде подведенного напр жени  шаг двигател  оказываетс  стабилизирован. Еще больша  стабильность и меньший шаг могут быть получены, если ротор из двух сочлененных между собой стаканов , охватывак цих с обеих сторон боковые поверхности резонатора. При этом за период колебани  ротор два раза ускор етс  (проворачиваетс ) и два раза стопоритс . Предложенный вибродвигатель имеет минимальное количество элементов, что упрощает его конструкцию, и в результате вибрационного принципа работы минимальные потери на преобразование , поскольку все дополнительные элементы  вл ютс  источником потерь . Закрепление одного торца пъезопреобразовател  непосредственно на корпусе позвол ет более эффективно использовать его колебательную энергию по сравнению с закреплением при помощи присоединенной массы, котора  не обеспечивает полной неподвижности торца пъезопреобразовател . Использование изобретени  позвол ет создать экономичные и простые по конструкции и Изготовлению однофазные вибродвигатели дл  магнитофона и электропроигрывающих устройств (фиг.1) а также тихоходные прецизионные шаговые вибродвигатели дл  нужд приборостроени  (фиг.З). Формула изобретени  1. Однофазный вибродвигатель, содержащий установленный в корпусе цилиндрический ведущий элемент продольно-крутильных колебаний одним торцом фрикционно сопр женный с ротором , отличающийс   тем, что, с целью упрощени  конструкции и повышени  эффективности вибродвигател , цилиндрический ведущий элемент выполнен в виде резонатора, имеющего наклонные пьезоэлектрические участки, и другим торцом жестко .закреплен на корпусе. 2.Вибродвигатель по п.1, отл чающийс  тем, что резонатор выполнен в виде радиально пол ризованного пъезокерамического цилинд с электродами на боковых поверхност х и наклонными щелевидными вырезами . 3.Вибродвигатель по п.1, отл чающийс  тем, что резонатор выполнен в виде радиально пол ризованного цилиндра с наклонно распо ложенными электродными област ми. 4.Вибродвигатель по пп. 1 - 3, отличающийс  тем, что, с целью стабилизации угла поворота ротора за один период колебаний резонатора , резонатор выполнен в виде цилиндрического биморфа, а ротор выполнен в виде стакана, надетого на резонатор с возможностью фрикционного взаимодействи  с боковой поверхностью резонатора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 532947, кл. Н 02 N 11/00, 1976.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 613302, кл. G 11 В 15/40, 1977 (прототип).

   i

   О/

   i-;

   Фиг. 1

   ч}у

   р.(

   Фиг. г

   /////////////////

   Фие.3