Волновой вибрационный двигатель Советский патент 1993 года по МПК B06B1/06 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для осуществления прецизионных линейных и угловых перемещений, в приводах лентопротяжных механизмов, робототехнике.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования скорости вращения и мощности вибрационного двигателя

На фиг.1 показан волновой вибрационный двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - поперечный разрез генератора и схема электрического соединения пьезокерамиче- ских пластин с источником n-фазного напряжения; на фиг.З - металлоке,рамическая и биморфная прямоугольная пластины из пье- зокерамического материала; на фиг.4 - мгновенная картина поперечно-изгибной деформации пластин привода.

Рассмотрим работу волнового вибрационного двигателя для случая п 6 (т 3), пластины расположены равномерно по окружности и объединены в m-n/2-З системы.

Волновой вибрационный двигатель содержит неподвижное основание 1 с закреп- ленным на нем короткой стороной (шарнирноилижестко) пластинами2-2, 3-3, 4-4, ориентированными длинной стороной вдоль оси передачи,.гибкий зубчатый деформируемый элемент 5, жесткое зубчатое колесо 6, расположенное в средней части по длине генератора в месте максимальной величины поперечно-изгибной деформации пластин 2-2, 3-3, 4-4 (фиг. 1,2,4).

Волновой вибрационный двигатель работает следующим образом. При подаче напряжения возбуждения от источника на

41

о ю

DV

W

металлокерамические или биморфные пластины 2-2 при соответствующей ориентации вектора поляризации пластин и полярности они изогнутся, причем выпуклая сторона изгиба будет направлена от центра (см. фиг.4), что приведет к деформации гибкого зубчатого колеса 5 в направлении действия силы. При смене полярности на обратную выпуклая сторона будет направлена к центру неподвижного основания, что, в свою очередь, позволит деформировать гибкое колесо по любому направлению без ограничений,.

В случае подачи синусоидального напряжения возбуждения в пластинах 2-2 возбуждаются поперечно-изгибные колебания, которые в течение полупериода (Т/2) растягивают гибкое зубчатое колесо 5, во второй половине периода упругое колесо примет исходное состояние. Известно, что при поперечном изгибе деформации составляют 0,5-1,0 10м, что позволяет обеспечить зацепление и освобождение зубчатой передачи при работе генератора.

При подаче синусоидальное напряжение от трехфазного источника на системы пластин 2-2,. 3-3,4-4 со сдвигом фаз тг/3 в гибком зубчатом колесе возбуждается бегущая волна деформации,- например, по часовой стрелке. Соответственно жесткое зубчатое колесо вращается против часовой стрелки. Реверс обеспечивается перебросом концов источника с последовательной пары пластин.

Скорость вращения будет определяться передаточным отношением зубчатой передачи и частотой возбуждающего напряжения, что позволяет регулировать скорость вращения в довольно широких пределах. Так как при поперечном изгибе пластин развиваются относительно небольшие усилия, то для увеличения выходной мощности на валу генератор может быть выполнен в виде набора i - 2, 4, б, 8... металлокерамических или биморфных пластин, что позволяет варьировать мощность двигателя без изменения габаритных размеров в довольно широких пределах.

Таким образом, использование в генераторе поперечно-изгибных колебаний пластин прямоугольной формы, ориентированных длинной стороной параллельно оси

передачи и закрепленных жестко или шар- нирно короткой стороной на неподвижном основании, позволяет при относительно небольших размерах генератора получить довольно большие амплитуды (0,5-1,0 10 м) в

широком частотном диапазоне, вплоть до резонансной частоты первой моды поперечно-изгибных колебаний пластины с шарнирным или жестким креплением концов. Это позволяет использовать его для преобразования колебательного движения во вращательное. Использование п пластин, а также выполнение привода в виде набора из I 2j О 1.2,3,...) металлокерамических или биморфных пластин позволяет изменять плавность вращения и мощность двигателя в довольно широких пределах.

Формула изобретения Волновой вибрационный двигатель, содержащий связанное .с валом жесткое зубчатое колесо, пьезокерамические преобразователи, размещенные на неподвижном основании и установленные равномерно по окружности, гибкий зубчатый элемент, расположенный между пьезокерамическими преобразователями и жестким зубчатым колесом, причем диаметрально установленные пьезокерамические преобразователи электрически связаны между собой, отличающийся тем, что, с целью

расширения диапазона регулирования скорости вращения и повышения мощности, каждый из пьезокерамических преобразователей выполнен в виде набора из п 1,2,3... симметричных или асимметричных

биморфных прямоугольных пластин, ориентированных длинными сторонами вдоль оси симметрии устройства, а гибкий зубчатый элемент размещен в среднем сечении по длине биморфных пластин в области пучности их поперечно-изгибных колебаний, причем короткие стороны биморфных пластин шарнирно или жестко закреплены на неподвижном основании.

Ч|УЬГ.

.

V x fyyvvut хУ х ХхУУУчЛТЧ чл АЛ w

Фиг.З

Использование: область электротехники. Сущность изобретения: двигатель содержит связанное с валом жесткое зубчатое колесо, пьезокерамические преобразователи в виде набора из ft 1,2,3... симметричных или асимметричных биморфных прямоугольных пластин, ориентированных длинными сторонами вдоль оси симметрии устройства, гибкий зубчатый элемент. Пьезокерамические преобразователи размещены на неподвижном основании и установлены равномерно по окружности. Гибкий зубчатый элемент расположен между пьезокерамическими преобразователями и жестким зубчатым колесом в среднем сечении по длине биморфных пластин в области пучности их поперечно-изгибных колебаний. Диаметрально установленные пьезокерамические преобразователи электрически связаны между собой. Короткие стороны биморфных пластин шарнирно или жестко закреплены на неподвижном осно-. вании. ел