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

СП

с

Использование: в качестве микролриво- да вращательного реверсивного движения в приборах точной механики. Сущность изобретения: пьезоэлектрический реверсивный привод содержит цилиндрический пьезоэлектрический осциллятор, состоящий из генератора продольных акустических колебаний по высоте цилиндра, расположенного в центральной части осциллятора и занимающего 1/3 его высоты, и генератора продольных акустических колебаний по окружности цилиндра, расположенного на двух периферийных частях осциллятора, занимающего 2/3 его высоты и выполненного в виде восьми одинаковых секций, в промежутках между которыми установлены износостойкие накладки, взаимодействующие с ротором. 2 з.п, ф-лы., бил.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для применения в качестве микропривода вращательного реверсивного движения в приборах точной механики.

Цель изобретения -уменьшение напряжения питания привода, упрощение технологии изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом реверсивном приводе, содержащем торцевой ротор и взаимодействующий с ним посредством износостойких накладок, цилиндрический пьезоэлектрический осциллятор включает генератор продольных акустических колебаний по высоте цилиндра, электроды которого выполнены в виде колец, охватывающих внутреннюю и внешнюю поверхность цилиндри- ческого осциллятора, дополнительно

осциллятор снабжен генератором акустических колебаний по окружности цилиндра осциллятора, выполненного в виде восьми одинаковых секций, электроды первого генератора расположены в центральной части цилиндрического осциллятора, а секции 2- го генератора находятся симметрично по четыре на его двух периферийных сторонах, первый генератор занимает 1/3 высоты ци-( линдра осциллятора, а второй генератор2/3 этой высоты, причем высота цилиндра осциллятора выбрана равной половины длины волны колебания осциллятора по высоте, а длина его окружности равна двум длинам волн колебания осциллятора по окружности. При этом осциллятор снабжен двумя парами износостойких накладок, находящихся попарно диаметрально на его торцевых поверхностях в промежутках между секциями второго генератора.

оо ю vi

VI

О

00

На фиг.1 изображен предлагаемый пьезоэлектрический реверсивный привод; на фиг.2 - развертка осциллятора привода; на фиг.З, 4 - вариант привода с разнонаправленной поляризацией секций; на фиг.5 - схема подключения предлагаемого привода к источнику питания.

Предлагаемый пьезоэлектрический реверсивный привод (см. фиг. 1) содержит: цилиндрический пьезоэлектрический осциллятор 1, на торцевых поверхностях которого расположены износостойкие накладки

2или 3, взаимодействующие с торцевым ротором 4. Осциллятор 1 включает в себя генератор 5, продольных акустических колебаний по высоте цилиндра, электроды 6 которого выполнены в виде колец охватывающих внутреннюю и внешнюю поверхность цилиндрического осциллятора 1. Кроме того, осциллятор 1 снабжен генератором 7 продольных акустических колебаний по окружности цилиндра осциллятора, выполненного в виде восьми одинаковых секций 8. Электроды генератора 5 расположены в центральной части осциллятора 1, а секции 8 генератора 7 находятся симметрично по четыре на его периферийных сторонах. Генератор 5 (см. фиг.2) занимает 1/3 высоты цилиндра осциллятора, а генератор 7 - 2/3 этой высоты, причем высота цилиндра осциллятора выбрана равной половине длины волны колебаний осциллятора 1 по высоте. Длина окружности осцилятора 1 равна двум длинам волн колебаний осцилятора по окружности. Износостойкие накладки 2 или

3находятся попарно диаметрально на торцевых поверхностях осциллятора 1, в промежутках между секциями генератора 7.

Возможно два варианта выполнения пьезоэлектрического привода, В первом варианте, как это показано на фиг.1, 2, электроды 9 генератора 7 выполнены в виде восьми пар одинаковых частей колец и образует каждую из секций 8 генератора 7. Пьезоэлектрический материал осциллятора 1 в этом случае имеет однонаправленную поляризацию, которая на чертеже показана стрелкой.

Во втором варианте выполняемого привода (см. фиг.З, 4) электроды 9 второго генератора 7 выполнены в виде двух пар колец, а пьезоматериал под электродами имеет разнонаправленную поляризацию, которая образует восемь одинаковых секций 8 генератора 7.

На фиг.5 показана схема подключения предлагаемого привода к источнику питания 10. Схема содержит фазосдвигающую цепь 11 и переключатель реверса 12, меняющий фазу электрического напряжения, подаваемого на один из генераторов акустиче ских колебаний на 180°.

Работает предлагаемый пьезоприво/ следующим образом. При подаче на электроды 6 генератора 5 напряжения, частотг которого совпадает с резонансной частотой по высоте (см. фиг.1), в осцилляторе 1 возникают продольные колебания по высоте h При этом, по высоте цилиндра укладываете

половина длины волны возбуждаемых колебаний. При подаче этого же напряжения нг электроды 8 генератора 7 в осцилляторе 1 возникает четвертая мода продольных колебаний по длине окружности осциллятора 1.

Для эффективного возбуждения колебаний генератор 7 имеет четыре противофазно включенных секции 8,периферийно расположенных по обе стороны генератора продольных колебаний по высоте h, каждая из

которых содержит два электрода 9. В этом случае на электроды каждых двух периферийных секций 8 генератора 7, расположенных диаметрально противоположно, подается однофазное напряжение. Так как

длина окружности осциллятора равна 2А, то возникающие по длине окружности колебания так же будут резонансные и наблюдаются в местах крепления накладок 2 или 3 с максимальной амплитудой (см, фиг.1). При

одновременном возбуждении двух генераторов и соответствующем выборе фазового сдвига в цепи колебаний накладок 2 или 3 осцилляторов, совершают движения по эллипсу, Так как направление движения мест

крепления накладок 2 или 3 противоположное, то износостойкие накладки располагаются либо в точках 2, либо в 3 упруго прижатые к этим накладкам диски торцевого ротора 4, совершают вращательное движение, заставляя вращаться весь ротор 4 в целом.

При смене фазы напряжение, подаваемого на один из генераторов 5, 7 относительно другого на 180°, направление

эллиптического движения износостойких накладок так же изменится на противоположное первоначальному движению, т.е. изменение фазы напряжения на электродах двух генераторов на 180° приведут к ревер

сированию направления движения привода. Осциллятор 1 в рассматриваемом случае поляризован одинаково по всему объему в одном направлении, как показано на фиг.1. Это требует большого числа выводов, что

понижает надежность пьезопривода.

Во втором случае, который показан на фиг.З, 4, число выводов существенно уменьшается. Здесь за счет разной направленности вектора поляризации исключаются

выводы каждой из секций 8 генератора 7, а

электроды 9 выполняются в виде двух периферийных колец,охватывающих осциллятор 1 с внутренней и внешней поверхности.

Геометрические размеры электродов генератора 5 и 7 выбраны из условия получения слабо вытянутого эллипса, так как для оптимальной работы пьезопривода, надо чтобы соотношение полуосей эллипса было равным 2:1.

Для обоих генераторов 5 и 7 величина напряжения питания определяется толщиной осциллятора 1, т.е. чем меньше толщина пьезоэлемента 1, тем меньше возбуждающее напряжение.

Кроме того, т.к. толщина пьезоэлектрического материала под электродами генераторов 5 и 7 одинакова, то для получения одинаковой амплитуды колебаний на электроды необходимо подавать одинаковую величину электрического напряжения (при равной площади электродов). В предлагаемом приводе площадь электродов задается соотношением высот генераторов 5 и 7 и определяет соотношение между амплитудами колебаний, формирующих эллиптическую траекторию.

Таким образом, если реальная толщина стенки цилиндра осциллятора может быть выбрана в пределах 1-2 мм, то по отношению к прототипу, где расстояние между электродами в генераторе крутильных колебаний более 20 мм, уменьшение напряжения питания в предлагаемом приводе составляет 20 раз.

Формула изобретения

0

5

0

0

5

0

колец, охватывающих внутреннюю и внешнюю поверхность осциллятора, отличающийся тем, что, с целью понижения напряжения питания, осциллятор снабжен генератором продольных акустических колебаний по окружности цилиндра, выполненным в виде восьми одинаковых секций, электроды генератора продольных акустических колебаний по высоте цилиндра расположены в центральной части осциллятора, а секции генератора продольных акустических колебаний по окружности цилиндра симметрично по четыре на его двух периферийных частях, причем генератор продольных акустических колебаний по высоте цилиндра занимает 1/3 высоты осциллятора, а генератор продольных акустических колебаний окружности цилиндра 2/3 высоты осциллятора, которая выбрана равной половине длины волны колебаний по высоте, а длина окружности осциллятора равна двум длинам волн колебаний по окружности, при этом осциллятор снабжен двумя парами износостойких накладок, находящихся попарно диаметрально на его торцовых поверхностях в промежутках между секциями генератора продольных акустических колебаний по окружности цилиндра.

LA

699

t-

(pt/6.1

, |

8

/7

pЈ/a2

(риг.з

фиг.4rh

рс/г.5