Волновой пьезоэлектрический привод Российский патент 2023 года по МПК H02N2/10 H02K41/06 

Волновой пьезоэлектрический привод относится к области электрических машин. Изобретение может найти применение в конструкциях авиационной, космической, надводной и подводной техники, в конструкциях различных приборных систем. Волновой пьезоэлектрический привод предназначен для преобразования электрической энергии в энергию шагового вращательного движения выходной планшайбы и может стать альтернативой существующих шаговых приводов.

Из существующих аналогов известен Волновой шаговый двигатель (патент RU 2467173 C2, опубл. 20.11.2012 / Клеников С.С.), содержащий волновое зубчатое зацепление между неподвижным гибким колесом и вращающимся жестким колесом с выходным валом и пневмогидродеформатор. Пневмогидродеформатор выполнен в виде двух соосных дисков, вставленных один в другой с зазором, обеспечивающим вращение внутреннего диска. Внутренний диск содержит радиальные каналы высокого давления и глухие межканальные объемные полости низкого давления. Неподвижный внешний диск выполнен с радиальными каналами для подвижных плунжеров-толкателей. Под плунжеры-толкатели при вращении внутреннего диска из его каналов высокого давления подается рабочее вещество. Подвижные плунжеры-толкатели создают последовательность силовых радиальных импульсов на гибкое колесо, что приводит его во вращение.

Недостатком такого двигателя является необходимость беспрерывной подачи рабочего тела для его функционирования.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому по технической сути является Плунжерный газогидродвигатель (патент RU 2330196 C1, опубл. 27.07.2008 / Караулов М.Н. и др.), содержащий подвижное жесткое зубчатое колесо и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием. В центральном отверстии установлен распределитель в виде вала со смещенными относительно его оси симметрии в противоположных окружных направлениях полостями подачи рабочего тела. Полости подачи рабочего тела выполнены в два ряда. В каждом ряду полости смещены в противоположных окружных направлениях. Такое выполнение позволяет увеличить надежность работы плунжерного газогидродвигателя.

Недостатком такого газогидродвигателя являются высокие значения массы и габаритов конструкции, что есть следствие повышенных требований к прочностным и надежностным характеристикам высоконагруженных узлов и полостей, взаимодействующих с рабочим телом высокого давления. Также, недостатком является необходимость постоянной подачи рабочего тела для работы системы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является снижение массы и габаритов изделия, а также, снятие необходимости в постоянном подводе рабочего тела высокого давления.

Данная задача решается за счет того, что заявленный волновой пьезоэлектрический привод, содержащий гибкое колесо с наружным зубчатым венцом и количеством зубьев M, корпус с внутренним зубчатым венцом и количеством зубьев M, выходную планшайбу с внутренним зубчатым венцом и количеством зубьев N (N=M+2; M+4; M+6 и т.д.), может быть выполнен с установленной в корпус связанной с гибким колесом гибкой системой толкателей из K (K=6; 8; 10 и т.д.) мультипликаторов с расположенными внутри пьезокерамическими пластинами.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность функционирования устройства при помощи электроэнергии, без использования рабочего тела высокого давления. Достигаются значительные упрощение и повышение надежности конструкции привода, вследствие исключения из нее вращающихся с трением узлов и плунжеров-толкателей, работающих под высоким давлением. Также, результатом заявляемых технических решений является образование свободного объема в центральной части конструкции, который может быть использован для размещения блока управления и питания системы толкателей привода. Совокупность перечисленных факторов может привести к значительному снижению массы и размеров устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

На фигуре 1 - конструкция волнового пьезоэлектрического привода;

На фигуре 2 - конструкция мультипликатора с пьезоэлементом.

Волновой пьезоэлектрический привод содержит гибкое колесо с наружным зубчатым венцом 1, которое входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом корпуса 2, а также, с внутренним зубчатым венцом выходной планшайбы 3. В корпусе 2 установлена система толкателей, которая связана с гибким колесом 1. Система толкателей состоит из гибких мультипликаторов 4, в которых помещены пьезокерамические пластины 5.

Работает устройство следующим образом. Под действием электрической энергии, пьезокерамические пластины 5 совершают цикличное поступательное движение в осевом направлении привода. Под действием силы, создаваемой пьезокерамическими пластинами 5 в осевом направлении, гибкие мультипликаторы 4 совершают цикличное поступательное движение в радиальных направлениях, деформируя гибкое зубчатое колесо 1 привода. Таким образом, последовательная активация нескольких радиально противоположных пьезокерамических пластин 5 генерирует волну деформации на гибком зубчатом колесе 1, что приводит во вращение выходную планшайбу с внутренним зубчатым венцом 3. Внутренний зубчатый венец корпуса 2 содержит количество зубьев, аналогичное количеству зубьев гибкого колеса 1, что препятствует провороту гибкого колеса 1 и поломке системы мультипликаторов 4 при действии внешней нагрузки.

В настоящий момент испытания волнового пьезоэлектрического привода находятся в стадии экспериментальных исследований. Идет подготовка технологических условий для изготовления прототипа.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение массогабаритных характеристик, повышение надежности. Волновой пьезоэлектрический привод содержит гибкое колесо с наружным зубчатым венцом 1, которое входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом корпуса 2, а также с внутренним зубчатым венцом выходной планшайбы 3. В корпусе 2 установлена система толкателей, которая связана с гибким колесом 1. Система толкателей состоит из гибких мультипликаторов 4, в которых помещены пьезокерамические пластины 5. Работа волнового пьезоэлектрического привода осуществляется при подаче электрической энергии на пьезокерамические пластины. 2 ил.

Волновой пьезоэлектрический привод, содержащий гибкое колесо с наружным зубчатым венцом и количеством зубьев M, корпус с внутренним зубчатым венцом и количеством зубьев M, выходную планшайбу с внутренним зубчатым венцом и количеством зубьев N (N=M+2; M+4; M+6 и т.д.), отличающийся тем, что в корпусе установлена связанная с гибким колесом гибкая система толкателей из K (K=6; 8; 10 и т.д.) мультипликаторов с расположенными внутри пьезокерамическими пластинами.