Ультразвуковой линейный шаговый двигатель Советский патент 1976 года по МПК H01L41/09 H02N2/04 

1

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано в позиционных автоматических системах управления станками с цифровым программным управлением, графопостроителях, устройствах наведения.

Известен пьезоэлектрический шаговый двигатель, выполненный в виде двухсекционной конструкции, каждая секция которой состоит из двух жестко связанных между собой пьезоэлектрических биморфных элементов, соединенных попарно-параллельно и подключенных к сети переменного напряжения через фазосдвигающие цепочки.

Однако конструкция двигателя не полностью использует возможности пьезокерамики по скорости и мощности, позволяет перемещать только безыне|рционный ненагруженный элемент типа магнитной ленты, что резко снижает возможность применения двигателя в различных системах автоматики.

Целью предлагаемого изобретения является расширение области применения двигателя за счет увеличения скорости движения рабочего органа, мощности и надежности двигателя.

Эта цель достигается тем, что шаговый двигатель выполнен в виде двух идентичных блоков, жестко соединенных между собой основанием, и рабочего органа, размещенного внутри блоков.

Пьезоэлементы так взаимно расположены, что при одной и той же частоте скорость движения рабочего органа и мощность двигателя увеличиваются в 2 раза. Замена пьезоэлементов, работающих на изгиб, пьезоэлементами, работающими на сжатие и растяжение, позволяет в значительной мере увеличить мощность и надежность двигателя.

Введение рабочего органа (металлического стержня) позволяет широко использовать двигатель в различных системах автоматики.

На чертеже показан описываемый линейный шаговый двигатель.

Двигатель состоит из рабочего органа 1 и двух идентичных блоков, жестко соединенных между собой основанием 2.

Первый блок содержит два пьезокерамических элемента 3 и 4, жестко соединенных между собой металлической фигурной втулкой 5 таким образом, что они работают в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Пьезоэлемент 3 в совокупности с укрепленной на нем стальной пластиной 6, предохраняющей элемент от износа, и втулкой 5 выполняет роль фиксатора.

Второй блок содержит два аналогичных пьезокерамических элемента 7 и 8, жестко соединенных между собой металлической фигурной втулкой 9 так, что они работают в двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем пьезоэлемент 8 -в совокупнсюти с укрепленной на нем пластиной 10 и втулкой 9 выполняет роль фиксатора.

Для передвижения рабочего органа 1 вправо на пьезоэлемент 8 подается синусоидальное напряжение. Он расширяется и пластиной 10 прижимает рабочий орган 1 к выступу втулки 9. Одновременно на пьезоэлемент 3 подается синусоидальное напряжение другой полярности (сдвинутое по фазе на 180°), в результате чего элемент 3 сжимается и освобождает зажатый пластиной 6 рабочий орган 1.

Затем синусоидальное напряжение, сдвинутое по фазе на 5-45° по отношению к напряжению, подключенному на пьезоэлемент 8, подается на пьезоэлементы 4 и 7, в результате чего они расширяются. Пьезоэлемент 7 передвигает втулку 9, элемент 8 и зажатый между Ними рабочий орган 1 вправо, а пьезоэлемент 4 при расширении продвигает влево навстречу рабочему органу 1, свободные от зацепления втулку 5 и пьезоэлемент 3 и готовит первый блок устройства для работы в следующем такте.

В следуюш.ем такте знаки напряжения в той же последовательности меняются на обратные, в результате чего пе|рвый фиксатор зажимает рабочий орган, а второй освобождает его. Затем пьезоэлемент 4 продвигает первый фиксатор и зажатый в нем рабочий орган 1 дальше вправо, а пьезоэлемент 7 в это время продвигает разжатый фиксатор навстречу движению рабочего органа «азад влево и подготавливает второй блок устройства для работы в следующем такте.

Для реверсирования направления движения необходимо изменить фазу напряжения на 180° одновременно на пьезоэлементах 3 и 8 ли бо 4 и 7.

Сдвиг по фазе между напряжениями, подаваемыми на пьезоэлементы 3(4) и 7(8), выбирается с тем условием, чтобы движение рабочего органа начиналось только в момент полного зажима (полного освобождения) его фиксатором.

Использование ультразвукового линейного шагового двигателя дает большие преимущества перед применяемыми в системах автоматики электрическими шаговыми двигателями.

Предмет изобретения

Ульт1развуковой линейный шаговый двигатель, содержащий жестко связанные между собой пьезоэлементы, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения двигателя, он выполнен в виде двух идентичных блоков, жестко соединенных между собой основанием, и рабочего органа, размещенного внутри блоков, причем каждый блок состоит из двух пьезоэлементов, соединенных фигурной втулкой.

iO