Пьезоэлектрический двигатель Советский патент 1993 года по МПК H02N2/00 H01L41/09 

Изобретение относится к области пье- зотехники,а именно к пьезоэлектрическим двигателям, и может быть использовано, например, для привода лентопротяжных механизмов и в других приводах повышенного ресурса, допускающих периодические регламентные ремонтные работы.

Цель изобретения разработка такой конструкции пьезоэлектрического двигателя с преобразованием энергии через толкатели, которая бы исключала необходимость распайки толкателей, т.е. цель изобретения - снижение трудоемкости изготовления пьезоэлектрических двигателей, облегчение процессов автоматизации их сборки и повышение среднестатистической надежности, а также обеспечение ремонтоспособно- сти осциллятора при периодических регламентных работах.

На фиг, 1 показано устройство пьезоэлектрического двигателя; на фиг. 2 и 3 - варианты выполнения фиксирующего кольца соответственно для двигателя с внутренним расположением ротора и внешним (охватывающим пьезоэлемент и толкатели) ротором (ротор на чертежах не показан).

Пьезоэлектрический двигатель содержит установленный в подшипниках вращения 10 ротор 2, установленный внутри отверстий трех пьезоэлементов 3-5. Между пьезоэлементами 3 и 4, а также 4 и 5 свобод- но (с возможностью осевого перемещения) расположены фиксирующие кольца 6 и 7. выполненные из теплостойкого органического материала - карболита, АГ-4 и т.д. Фиксирующие кольца имеют радиальные пазы, в которые вставляется одна или несколько пластин-толкателей 9. Упираясь в

оо О

VI

ел

4 00

дно паза, толкатели фиксируются по радиусу в осевом направлении. Другим концом они наклонно (под одинаковым углом) упираются в цилиндрическую поверхность ротора 2.

Для взаимной центровки пьезоэлемен- тов фиксирующие кольца имеют проточки относительно внешнего (фиг. 1 и 2) или внутреннего (фиг. 3) диаметра пьезоэлемента.

Центровка пьезоэлементов 3-5 относительно корпуса двигателя 1 осуществляется пластмассовым кольцом 12. Прижим толкателей к плоской поверхности пьезоэлемента осуществляется кольцевой пружиной 13 из пористой резины. На фиг. 1 она показана в сжатом состоянии. Прижим также, можно осуществлять кольцевой стальной пружиной через звукоизолирующую прокладку, например, из резины.

Пружинное кольцо упирается в крышку 14 корпуса 11, в центральной части которой установлен капроновый подпятник 15.

Для ясности на чертеже показано конструктивное выполнение фиксирующего кольца (фиг. 2, а) и форма толкателя (фиг 2, б) для двигателя показанного на фиг. 1. Пластина толкателя имеет расширенную часть (фиг. 2, б) в том месте, где толкатель прижат к пьезоэлементу. Как и при напайке толкателей эта часть примерно равна от -т до

ё длины толкателя. Зазор между пьезоэле- о

ментом и толкателями необходим для свободного изгиба толкателя при установке ротора .

В случае, если ротор охватывает пьезо- элемент, то есть для двигателя с внешним ротором, пластина толкателя выполняется без расширения, при этом пазы для толкателей выполняются снаружи фиксирующего кольца, как показано на фигуре 3. Диаметр фиксирующего кольца 6 выбирается равным диаметру пьезоэлемента d.

В рассмотренной конструкции пьезоэлектрического двигателя использованы три пьезоэлемента. Количество пьезоэлементов принципиально не изменяет работу двигателя. Очевидно, что чем больше пьезоэлементов, тем больше мощность на валу двигателя.

В показанной на фиг. 1 конструкции двигателя запорная шайба совмещена с пьезоэлементом 5. В конструктивном отношении это выгодно, если число пьезоэлементов больше одного. Для одного пьезоэлемента опорную шайбу, роль которой в данном случае играет обесточенный пьезоэлемент 4 следует выполнить из упругого композиционного материала, например, из стеклопластика или пресс-материала АГ-4.

На фиг. 1 показано последовательное электрическое включение пьезоэлементов

через выводы 16. Поляризация при этом всех пьезоэлементов направлена в одну сторону. Такое включение рассчитано на увеличение входного сопротивления пьезоэлектрического двигателя. При необходимости уменьшения входного сопротивления двигателя все пьезоэлементы соединяются параллельно, при этом направление поляризации Р двух соседних пьезоэлементов ; должно быть противоположным.

Пьезоэлектрический двигатель работает следующим образом.

При подключении выводов 16 к источнику переменного напряжения (источник на чертеже не показан) с частотой, равной резонансной частоте радиальных колебаний, в пьезоэлементах 3-5 возбуждаются упругие механические колебания, которые возбуждают продольные по длине колебания в толкателях 9.

Эти колебания на концах наклонно упертых в ротор 2 толкателей 9 вызывают вращение ротора. Фиксация возбужденных о толкателей 9 осуществляется фиксирующими кольцами 6 и 7, препятствующими смещению толкателей как назад, так и вбок.

Цилиндрические проточки на кольцах 6 и 7 препятствуют осевым смещениям пьезоэлементов 4 и 6 относительно пьезоэлемента 3, который зафиксирован относительно

корпуса 1 фиксирующим кольцом 12. Смещению ротора в осевом направлении препятствует капроновый подпятник 15, установленный на крышке 14, корпуса 1. В процессе регламентных работ двигаteflb разбирается и в пазы фиксирующих колец 6 и 7 устанавливают новые толкатели 9 взамен изношенных. В условиях производства выполнение этой операции не требует высокой квалификации и легко

автоматизируется.

Изменение глубины пазов, использование внешнего расположения толкателей, варьирование диаметра ротора позволяет уже на этапе проектирования выбрать скорость двигателя в том же диапазоне, что и скорость прототипа. Фрикционная связь толкателей с пьезоэлементом, поддерживаемая пружиной 13, практически абсолютно надежна, что выгодно отличает этот способ

передачи колебаний от пьезоэлемента к толкателям, ранее осуществлявшийся посредством распайки. Отсутствие микротрещин, возникавших при распайке пьезоэлементов, в несколько раз увеличивает v мощность двигателя. Значительно ;иеньшаются требования к адгеэии электродов, что позволяет успешно применять медные или никелевые электроды вместо серебряных.

Формула изобретения 1. Пьезоэлектрический двигатель, содержащий коаксиально расположенные в корпусе ротор и статор, включающий по крайней мере один пьезоэлемент в форме диска с отверстием, с электродами и поляризацией для возбуждения радиальных колебаний, и упругие пластины-толкатели, прижатые одним концом к цилиндрической поверхности ротора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения стоимости ремонта двигателя при условии сохранения области его рабочих частот для заданного

типоразмера льезоэлемента. в него введено по крайней мере одно свободно установленное относительно пьезоэлемента кольцо из звукоизолирующего материала с радиальными пазами, высота которых меньше ширины толкателей, внутри пазов свободно установлены другим концом толкатели, прижатые к плоской поверхности пьезоэлемента посредством запорной шайбы и

0 кольцевой пружинящей прокладки, установленной между крышкой корпуса и запорной шайбой.

2. Двигатель по п. 1,отличающийся тем, что в качестве звукоизолирующего ма- териала использован карболит.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что запорная шайба совмещена с одним из пьезоэлементов.

Использование: в лентопротяжных механизмах и в других приводах повышенного ресурса, допускающих периодические регламентные ремонтные работы. Пьезоэлектрический двигатель содержит коаксиально расположенные ротор и статор, включающий по меньшей мере один пьезоэлемент в форме диска с отверстием, с электродами и поляризацией для возбуждения радиальных колебаний, и упругие пластины - толкатели, прижатые одним концом к ротору. В двигатель введено по меньшей мере одно свободно установленное относительно пьезоэлемента кольцо из звукоизолирующего материала с радиальными пазами, высота которых меньше ширины толкателей, внутри пазов свободно установлены другим концом толкатели, прижатые к плоской поверхности пьезоэлемента посредством запорной шайбы и кольцевой пружинящей прокладки, установленной между крышкой корпуса и запорной шайбой. Кроме того, возможно совмещение запорной шайбы с одним из пье- зоэлементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л G