ВИБРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02N2/00 H01L41/09 

Изобретение относится к электротехнике и приборостроению и может быть использовано в оптико-механической промышленности, в системах автоматики, в роботостроении, а также в протезно-ортопедических устройствах.

Известен линейный вибрационный двигатель [1] содержащий корпус, подвижной элемент, статор и вибратор на основе пьезоэлемента, подключенного к генератору электрического сигнала, подвижной элемент выполнен в виде пьезоэлектрической пластины, работающий на резонансной частоте продольной моды колебаний, а статор в виде по крайней мере одной пары упорных пластин, один конец каждой из которых шарнирно укреплен на корпусе, а другой упирается в пьезоэлектрическую пластину, причем упорные пластины снабжены прижимными пружинами.

Недостатками этого двигателя являются низкая эксплуатационная надежность из-за малого ресурса пары трения металл-пьезокерамика, а также относительно низкая скорость движения подвижного элемента, обусловленная малой амплитудой колебаний пьезоэлектрической пластины, работающей на собственной резонансной частоте продольной моды колебаний. В реальных конструкциях амплитуда таких колебаний составляет величину ≅ 1 мкм, что ограничивается пределом прочности пьезокерамики.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является линейный двигатель [2] содержащий направляющую, корпус и движитель в виде пластин, укрепленных под углом в корпусе и фрикционно взаимодействующих с направляющей, причем пластины движителя выполнены из магнитострикционного материала, а в корпусе установлена система возбуждения вращающегося магнитного поля.

Недостатками данного двигателя являются, во-первых, недостаточно высокий КПД вследствие того, что процесс движения в данном устройстве реализуется только во время удлинения упругих элементов; во-вторых, для работы устройства необходим коммутатор, обеспечивающий вращение магнитного поля; в-третьих, двигатель работоспособен только в случае выполнения направляющей из ферромагнитного материала, обеспечивающего замыкание магнитной цепи.

Целью изобретения является повышение КПД устройства за счет более полного использования колебательной энергии.

На фиг.1 представлен предлагаемый вибродвигатель с внешней направляющей, разрез; на фиг.2 вибродвигатель с внутренней направляющей, разрез; на фиг.3 предлагаемый вибродвигатель в варианте вращательного движения, три проекции.

Вибродвигатель содержит составной корпус 1, между частями которого установлена система возбуждения в виде пакетного пьезокерамического вибратора 2, на корпусе 1 закреплен движитель в виде упругих элементов 3, фрикционно взаимодействующих с направляющей 4.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на обкладки пакетного пьезокерамического вибратора 2 системы возбуждения напряжения резонансной частоты он, изменяя вследствие обратного пьезоэффекта свои геометрические размеры, возбуждает либо продольные (фиг.1 и 2), либо крутильные (фиг.3) колебания частей составного корпуса 1, причем наклонное выполнение упругих элементов 3, ориентированных на обеих частях корпуса 1 в одну сторону, позволяет осуществить движение как на этапе увеличения геометрических размеров пакетного пьезокерамического вибратора системы возбуждения 2, так и при его сжатии, так как в первом случае одна из частей корпуса 1 остается неподвижной вследствие заклинивания упругих элементов 3, а другая продвигается вперед под действием сил пакетного пьезокерамического вибратора 2. При его сжатии заклинивается вторая часть, а первая подтягивается ко второй части пакетным пьезокерамическим вибратором 2. На следующем цикле колебаний процесс повторяется и таким образом реализуется непрерывное движение с дискретностью шага примерно в 1 мкм. Устройство позволяет осуществлять каскадирование, т.е. при соединении вибродвигателя линейного вращения (фиг.1 и 2) с вибродвигателем вращательного (фиг.3) имеется возможность реализовать двухкоординатное движение.

Применение предлагаемого вибродвигателя позволяет по сравнению с прототипом увеличить КПД на 25-30% за счет более полного использования колебательной энергии, обеспечить движение с направляющими, выполненными из немагнитных материалов (нержавеющая сталь, титан, керамика, пластмасса), не требует наличия системы коммутации, не создает магнитных полей.

Использование: в оптико-механической промышленности, в системах автоматики. Сущность изобретения: при подаче напряжения резонансной частоты на обкладки пакетного пьезокерамического вибратора 2, размещенного между частями составного корпуса, он, изменяя свои геометрические размеры вследствие обратного пьезоэффекта, возбуждает либо продольные, либо крутильные колебания частей составного корпуса 1. Упругие элементы 3 установлены таким образом, что ориентированы на обеих частях корпуса в одну сторону. Устройство позволяет осуществлять каскадирование, т.е. при соединении вибродвигателя линейного вращения с вибродвигателем вращательного имеется возможность реализовать двухкоординатное движение. 3 ил.

ВИБРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий направляющую, корпус, систему возбуждения и движитель в виде пластин, укрепленных под углом в корпусе и фрикционно сопряженных с направляющей, отличающийся тем, что корпус выполнен составным, система возбуждения смонтирована между его частями, причем продольная ось системы возбуждения совпадает с направлением движения вибродвигателя.