ПЬЕЗОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК H02N2/00 H01L41/09 

Изобретение относится к пьезотехнике и может применяться в шаговых приводах устройств автоматики для прецизионного позиционирования образцов и зондов.

Известен пьезоэлектрический двигатель [Чесноков Г.А., Морозов В.П., Колесников Д.П. и др. Патент РФ 2061296, МПК 6 H02N 2/10], содержащий статор с осциллятором, выполненным в виде пьезоэлемента (плоское кольцо) с электродами и бандажом. Бандаж выполнен из отдельных дугообразных элементов с закрепленными на них толкателями, упруго прижатыми к цилиндрической рабочей поверхности пьезоэлемента. Недостаток устройства - невозможность получения поступательного движения.

Известен пьезодвигатель [Коваль В.С., Лавриненко В.В. А.С. СССР 1807548, МПК H02N 2/00, H01L 41/09], содержащий коаксиально расположенные ротор и статор, кольцевой пьезоэлектрический осциллятор радиальных колебаний, упругие пластины-толкатели, прижатые одним концом к боковой поверхности ротора, а другим концом закрепленные в радиальных пазах звукоизолирующего кольца, свободно установленного относительно осциллятора и прижатого к нему с помощью пружинящей прокладки. Недостаток устройства - невозможность получения поступательного движения.

Наиболее близким по составу и сущности к заявляемому является пьезоэлектрический двигатель [Коваль. В.С., Лавриненко В.В., Левицкий О.В. А.С. СССР 1820820, МПК H02N 2/00, H01L 41/09]. Двигатель содержит коаксиально расположенные ротор и статор, кольцевой пьезоэлектрический осциллятор радиальных колебаний и упругие пластины-толкатели, закрепленные одним концом на цилиндрической поверхности пьезоэлектрического осциллятора, а другим концом прижатые к боковой поверхности ротора. Недостаток устройства - невозможность получения поступательного движения.

Задачей изобретения является обеспечение возможности получения как вращательного, так и поступательного движения.

Задача решается тем, что один конец пьезоэлемента устройства закреплен на вращающемся вале, второй конец выполнен свободным и снабжен грузом. При этом узел трения может быть выполнен в виде подшипника либо в виде гайки, при условии наличия резьбы на вале.

На фиг.1, 2 представлены схемы устройства, на фиг.3 - вариант крепления пьезоэлемента к валу (вид сверху).

Устройство содержит (фиг.1, 2) статор 1, вал 2, между которыми установлен узел вращения 3. На свободном конце пьезоэлемента 4 закреплен груз 5. Другой конец пьезоэлемента 4 соединен с валом 2 непосредственно либо с помощью держателя 6 (фиг.3).

Пьезоэлемент 4 предназначен для осуществления деформации растяжения-сжатия или изгиба и выполняется соответственно в виде пластины или биморфного элемента.

Устройство работает следующим образом. На электроды пьезоэлемента 4 подается несимметричный пилообразный управляющий сигнал. Во время пологого фронта сигнала происходит деформация пьезоэлемента и медленное смещение груза 5 (фиг.2), что позволяет валу не проворачиваться в узле вращения. При формировании крутого среза управляющего сигнала пьезоэлемент 4 быстро принимает недеформированное состояние. При этом в силу инерционных свойств груз 5 не может столь же быстро переместиться в исходную точку и происходит проворачивание вала 2 в узле вращения 3.

Если узел вращения 3 выполнить в виде подшипника, то вал будет выполнять вращательное движение. Если выполнить узел трения в виде гайки, а вал в виде винта, то можно получить вращательно-поступательное движение вала.

В ряде случаев для расширения возможностей крепления пьезоэлемента к валу может использоваться держатель 6 (фиг.3).

Пьезодвигатель предназначен для использования в шаговых приводах устройств автоматики для высокоточного позиционирования образцов и зондов. Пьезодвигатель содержит коаксиально расположенные статор и вал, пьезоэлемент, узел вращения, установленный между статором и валом, и груз, причем один конец пьезоэлемента соединен с валом, а на втором закреплен груз. При этом узел вращения выполнен в виде подшипника, на вал нанесена резьба, а узел вращения выполнен в виде гайки. Кроме того, имеется держатель, закрепленный на валу, и пьезоэлемент соединен с валом через держатель. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение износостойкости. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пьезодвигатель, содержащий коаксиалыю расположенные статор и вал, пьезоэлемент, узел вращения, установленный между статором и валом, отличающийся тем, что введен груз, один конец пьезоэлемента соединен с валом, второй свободен, а груз закреплен на свободном конце пьезоэлемента.

2. Пьезодвигатель по п.1, отличающийся тем, что узел вращения выполнен в виде подшипника.

3. Пьезодвигатель по п.1, отличающийся тем, что на вал нанесена резьба, а узел вращения выполнен в виде гайки.

4. Пьезодвигатель по п.1, отличающийся тем, что введен держатель, держатель закреплен на валу, пьезоэлемент соединен с валом через держатель.