ВОЛНОВОЙ ПЬЕЗОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к области электротехники, автоматики и может быть использовано для приводов вращения малогабаритных устройств.

Известен вибродвигатель (авторское свидетельство №619986, Бюл. №30, 1978), содержащий в качестве электромеханического преобразователя пьезоэлектрические элементы. Например, вибродвигатель, в котором преобразователь выполнен в виде двух одинаковых сегментов пьезокерамического кольца. Недостатками такого рода вибродвигателей являются малый вращающий момент и наличие фрикционного контакта между преобразователем и ротором. Это снижает долговечность конструкции.

Известен пьезоэлектрический вибродвигатель (авторское свидетельство №624320, Бюл. №34, 1978), содержащий электромеханический преобразователь, выполненный в виде двух пьезоэлементов в форме кольцевых сегментов с прямолинейными перемычками. Недостатками этого вибродвигателя является громоздкость преобразователей и недолговечность фрикционной связи ротора и преобразователя.

Вибродвигатель (авторское свидетельство №632014, опубл. Бюл. №41, 1978) имеет пьезокерамический вибратор, выполненный в виде двух, установленных под углом друг к другу пьезокерамических элементов, концы которых жестко связаны с башмаком, прижатым к ротору. Недостатки: ненадежность и недолговечность фрикционного контакта.

Шаговый двигатель (авторское свидетельство №674123, опубл., Бюл. №26, 1979) предназначен для линейных перемещений и не может быть использован для приводов вращения.

Недостатки: ненадежность и недолговечность фрикционного контакта.

Известен волновой вибродвигатель (авторское свидетельство №595813, опубл. Бюл. №8, 1978), взят за прототип. Этот двигатель содержит пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде биморфного пьезокерамического кольца с разделенными на сектора электродами. Пьезокерамическое кольцо жестко соединено с деформируемым кольцом, упруго охватывающим ротор.

Для передачи движения в этом двигателе используются силы трения, возникающие при контакте деформируемого элемента с ротором. Это предопределяет его недостатки. Во-первых, малый вращающий момент двигателя. Во-вторых, ненадежность и недолговечность фрикционного контакта. При длительной эксплуатации деформируемое кольцо изнашивается. Практически это требует полной замены двигателя.

Техническим результатом является увеличение величины вращающего момента, уменьшение потерь на трение, повышение коэффициента полезного действия двигателя, повышение долговечности двигателя.

Технический результат достигается тем, что между деформируемым кольцом и ротором имеется зазор, а на поверхности кольца и поверхности ротора нарезаны мелкомодульные зубья.

Сущность изобретения поясняется фиг.1,2.

Зубчатую поверхность ротора 1 охватывает деформируемое зубчатое колесо 2, которое жестко связано с биморфным пьезокерамическим кольцом 3 с разделенными на сектора электродами.

Двигатель работает следующим образом.

При подаче напряжения на электроды биморфного пьезоэлектрического кольца деформируемое кольцо сжимается в одном направлении и вытягивается в перпендикулярном направлении, приобретая форму эллипса. Зубья, расположенные на концах малой оси эллипса, войдут полностью в зацепление с зубьями ротора, а зубья, раположенные на концах большой оси, полностью выйдут из зацепления с зубьями ротора. Направления деформаций деформируемого кольца будут изменяться синхронно с напряжением, подаваемым на электроды биморфного кольца, и точки контакта зубьев будут все время перебегать по окружности, а ротор будет вращаться со скоростью, соответствующей разности чисел зубьев деформируемого кольца и ротора. В предлагаемом пьезодвигателе передаточное отношение равно

$$u=\frac{n_H}{n_P}=\frac{z_1}{z_2-z_1}$$

где n_H - частота вращения эллипса, равная частоте напряжения, подаваемого на электроды биморфного пьезоэлектрического кольца; n_P - частота вращения ротора; z₁, z₂ - числа зубьев соответственно деформируемого кольца и ротора. В «u» раз увеличивается величина вращающего момента в предлагаемом пьезодвигателе по сравнению с прототипом. Обычно u=50…60, поэтому и вращающий момент увеличивается в 50…60.

В прототипе ротор вращается с помощью сил трения. В результате неизбежен повышенный износ деформируемого кольца и поверхности ротора. А для такого двигателя опасен даже незначительный износ кольца, так как это приводит к резкому уменьшению сил трения, а следовательно, и к уменьшению величины вращающего момента двигателя. Поэтому долговечность такого двигателя невелика и может составлять 1500…2000 часов. Зубчатая передача, используемая в предлагаемом двигателе, имеет практически неограниченный срок службы.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для приводов вращения малогабаритных устройств. Технический результат состоит в повышении вращающего момента, к.п.д. и долговечности, уменьшении потерь на трение. Волновой пьезодвигатель содержит биморфное пьезоэлетрическое кольцо и жестко связанное с ним деформируемое кольцо, упруго охватывающее ротор. Между деформируемым кольцом и ротором имеется зазор. На поверхности кольца и поверхности ротора нарезаны мелкомодульные зубья. 2 ил.

Волновой пьезодвигатель, содержащий биморфное пьезоэлетрическое кольцо и жестко связанное с ним деформируемое кольцо, упруго охватывающее ротор, отличающийся тем, что между деформируемым кольцом и ротором имеется зазор, а на поверхности кольца и поверхности ротора нарезаны мелкомодульные зубья.