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

сл С

Использование: в прецизионной технике. Сущность изобретения: устройство содержит два одинаковых пластинчатых пьезокерамических элемента, верхние части которых установлены в упругом держателе корпуса. Средняя часть узкой грани пластин жестко соединена с башмаком, фрик- ционно сопряженным с ротором. Один из электродов пьезокерамических элементов разделен в месте крепления башмака 6 на две равные части, которые через усилители мощности соединены с первым и вторым коммутаторами соответственно. Входы первого и второго коммутаторов через третий коммутатор соединены с выходом задающего генератора, их входы управления соединены с выходом низкочастотного генератора, а вход управления третьего коммутатора соединен с дополнительным низкочастотным генератором. 3 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в прецизионной технике.

Целью изобретения является повышение надежности работы вибрационного двигателя.

На фиг.1 изображен общий вид устройства с блок-схемой питания; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит два одинаковых пластинчатых пьезокерамических элемента 1. 2 верхние части которых установлены в упругом, например фторопластовом, держателе 3, который через упругую прокладку 4 установлен в корпусе 5. Средняя нижняя часть пластин 1,2 жестко соединена с башмаком 6,фрикционно сопряженным с ротором 7, который на подшипниках 8. 9 установлен в корпусе 5. Один из электродов пьезокерамических элементов 1 и 2 разделен, в месте крепления башмака 6 на две равные части 10, 11 и 12, 13, которые через усилители мощности 14, 15 и 16, 17 соединены с коммутатором 18 и вторым дополни- ч тельным коммутатором 19 соответственно, входы которых через третий дополнительный коммутатор 20 соединены с выходом задающего генератора 21, кроме того входы управления коммутаторов 18 и 19 соединены с выходом низкочастотного генератора 22, а вход управления второго дополнительного коммутатора 20 соединен с дополнительным низкочастотным генератором 23.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении ротор 7 заторможен под действием сил трения покоя между поверхностью башмака 6 и ротора 7. При подключении одной из полопин,например 10(пьезокерамического элемента 1, че00

к

4 О О hO

рез усилитель 14, коммутатор 18 и коммутатор 20, которые находятся в указанном состоянии при поступлении на их входы управления высокого логического уровня от низкочастотных генераторов 22 и 23, к зада- ющему генератору высокой частоты 21, в указанной половине пьезоэлемента 1 воз- буждаютсч высокочастотные механические колебания существенно более высокой амплитуды в левой его половине, чем в правой. Указанные колебания через башмак воздействуют на ротор двигателя, и последний осуществляет направленное вращение, в указанном случае, по направлению движения часовой стрелки. При поступлении на вход управления коммутатора 18 низкого логического уровня от генератора 22 он переключается, напряжение питания поступает на правую половину 11 пьезокерамического элемента 1 и ротор 7 вращается в противоположную сторону. Аналогично работают и известные вибрационные двигатели включая и прототип. Однако их недостаток заключается б том, что при долговременной их работе пьезокерамиче- ский элемент нагревается, его температура достигает точки Кюри, он деполяризуется и двигатель выходит из строя. Чтобы этого не было, в предложенном двигателе попеременно, на тот же башмак и ротор, работает второй пьезокерамический элемент 2, который начинает работать, когда с низкочастотного генератора 23 на вход управления коммутатора 20 поступает низкий логический уровень от низкочастотного генерато- ра 23. В этом случае напряжение питания от высокочастотного задающего генератора 21 поступает на дополнительный коммутатор 19. а от него на дополнительные усилители и электроды 12 и 13 пьезокерамического элемента 2. В зависимости от уровня напряжения на выходе генератора 22 ротор 7 будет вращаться в требуемом направлении и работа двигателя не нарушается. В то же время первый пьезокерамический элемент 1 будет отдыхать и его температура будет снижаться. После некоторого времени в зависимости от частоты работы генератора 23 один цикл работы пьезокерамических элементов 1,2 закончится и последует новый и последующие циклы. Как показали экспериментальные исследования, температура пьезокерамических элементов в предложенном устройстве существенно ниже, как в известных вибрационных двигателях, в том числе и прототипе. На фиг.З приведены зависимости величины температуры нагрева пьеэокерамических элементов от продол- жительности их работы. Цифрой 24 отмечена зависимость для случая непрерывной их работы, а цифрой 25 - для случая попеременного режима работы пьезокерамических элементов 1 и 2.

Таким образом введение дополнительного пьезоэлемента и попеременный автоматический режим его работы с основным пьезоэлементом, осуществляемый при помощи дополнительных элементов электронной техники, позволило существенно снизить нагрев пьезокерамических элементов, предотвратить выход их из строя и,как следствие, повысить надежность работы устройства в целом.

Формула изобретения

Вибрационный двигатель, содержащий корпус, пластинчатый пьезокерамический элемент, упруго установленный в корпусе, средняя часть узкой грани которого через башмак фрикционно сопряжена с ротором, установленным на подшипниках в корпусе, причем один из электродов пьезокерамического элемента в месте крепления башмака разделен пополам и каждая часть электрода через усилитель мощности и управляемый коммутатор соединена с задающим генератором, а вход управления коммутатора соединен с выходом низкочастотного генератора, а неразделенный электрод пьезокерамического элемента заземлен, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы двигателя путем снижения температуры нагрева пьезокерамического элемента, в него введены дополнительный пьезокерамический элемент, идентичный первому, упруго установленный в корпусе и через тот же башмак сопряженный с ротором, дополнительные вторые и третий управляемые коммутаторы, дополнительный низкочастотный генератор и два дополнительных усилителия мощности, причем разделенный электрод дополнительного пьезокерамического элемента через дополнительные усилители мощности, второй дополнительный управляемый коммутатор и третий дополнительный управляемый коммутатор соединен с задающим генератором, вход управления второго дополнительного управляемого коммутатора соединен с выходом основного низкочастотного генератора, а вход управления третьего управляемого дополнительного коммутатора соединен с выходом второго дополнительного низкочастотного генератора, причем вход третьего дополнительного управляемого коммутатора соединен с выходом задающего генератора, а один из его выходов соединен с входом основного управляемого коммутатора.

«8

Фиа2

23

/

п

13

-0,7 42 03 ДО 0,5 Ч (QuilT