Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение Советский патент 1977 года по МПК H01L41/09 H02N2/04 

1

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям и може.т быть использовано в малогабаритных устройствах поступательных перемещений, а также в двигателях лентопротяжных механизмов.

Известны лентопротяжные механизмы, пьезоэлектрические шаговые двигатели, работающие на пьeзoJлeмeнтax 1 , 21

Наиболее близким по. технической сущности к предложенному является пьезоэлектрьчеокий преобразователь/ состоящий из акустически не связанных секций I3.

Однако его конструкция является сложной, механически непрочной и имеет значительные габариты. Подключение секций к источнику через фазосдвигающую цепочку приводит к уменьшению КПД устройства. Кроме того пьезоэлементы секций выполнены в виде биморфных пластин, в которых возможно возбуждение только изгибных колебаний, обладающих низкой эффективностью электрического преобразования энергии.

Целью изобретения является увеличение КПД и механической мощности преобразователя.

Для этого в пьезоэлектрическом преобразователе, состоящем из акустически не связанных секций, каждая секция преобразователя выполнена в виде двухслойно1о пьезоэлемента, выводы от электродов которой подключены к источнику возбуждения.

Слои пьезоэлементов каждой секции могут быть поляризованы в двух взаи мноперпендикулярных направлениях,что ведет к уменьшению габаритов преобразователя. Слои одного из пьезоэлементов могут быть поляризованы встречно, а другого - в одном направлении, что позволяет уменьшить рабочую частоту возбуждения преобразователя.

Кроме того двухслойные пьезоэлементы могут состоять из зон с одинаковым и встречным направлениями поляризации слоев, имеющих раздельные электроды, что обеспечивает реверс движения якоря.

На фиг.1 представлен преобразователь с четырьмя секциями; на фиг.2 - высокочастотный преобразователь } на фиг.З - низкочастотный преобразователь; на фиг.4 - реверсивный преобразователь .

Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение содержит секции 1, выполненные в виде двухслойных пьезоэлементов, которые к якорю 2 прижаты прижимным устройством 3. Якорь 2 может быть прямоугольным- (фиг.1, 4) или ленточным (фиг.2, 3) . Секции 1 с помощью элементов крепления 4 закреплены в корпусе 5, причем элементы крепления 4 могут одновременно являться и прижимным устройством 3. Для уменьшения износа соприкасающихся частей секции 1 и якоря 2 на них нанесены износостойкие покрытия 6. С помощью выводов пьеэоэлементы секции 1 подключены к источнику возбуждения преобразователя. Включение преобразователя показано на фиг.1, 4.

Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение работает следующим .образом.

При подаче переменного электрического сигнала на пьезоэлементы секций 1 возбуждаются близкие к резонансным продольные и изгибные акустические колебания. Причем резонансные частоты продольных и изгибных колебаний несколько смещены по отношению к частоте источника возбуждения. Благодаря этому получен сдвиг фаз между продольной и поперечной деформациями пьезоэлемента, и точки на поверхностях секций 1 движутся гто злиптическим траекториям. Следовательно, точки на поверхности секций 1 будут периодически входить в зацепление с якорем 2 и протягивать ег-о, а потом выходить из контакта с якорем 2 и возвращаться в исходное состояние. При этом якорь 2 движется в одну сторону. По такому принципу работают все преобразователи, показанные на фиг.1, 2, 4, которие отличаются только способом возбуждения и типом возбуждения колебаний.

В преобразователе (фиг.1) в двухслойных пьезоэлементах секций 1 возбуждаются и продольные и изгибные колебания, что достигается поляризацией зон пьезоэлемента во взаимопротивоположных направлениях.

Уменьшение габаритов преобразователя в пьезоэлементах происходит благодаря возбуждению высокочастотных продольных и сдвиговых акустических колебаний (фиг. 2). Для этого слои пьезоэлементов поляризуют в двух взаимнсперпендикулярных направлениях.

Чтобы уменьшить рабочую частоту возбуждения пьезоэлектрического преобразователя в одном двухслойном пьезоэлементе возбуждаются только колебания изгиба, а в другом - только продольные акустические колебания (фиг. Для этого слои одного из пьезоэлементов поляризованы встречно, а дру1ого - в одном направлении. В таком преобразователе, в отличие от остальных, один пьезоэлемент -(изгибный)

осуществляет зацепление с якорем, а другой (продольный) - протягивает якорь.

Для получения реверса перемещения якоря пьезоэлектрический преобразователь разбивают на зоны с одинаковым и встречным направлениями поляризации слоев, имегаднх раздельные электроды. Переключение пары выводов от одной из зон обеспечивает реверс перемещения якоря (фиг.4). При этом изменяется сдвиг фаз между двумя типами возбуждаемых колебаний на 180, и защемление с якорем происходит при движении точек на поверхности пьезоэлементов в противоположную сторону.

Использование предложенного пьезоэлектрического преобразователя в качестве исполнительного устройства позволяет устранить зависимость развиваемого усилия от положения якоря по отношению к электромагниту и, как следствие, повышение знергопотребления. У пьезоэлектрического преобразователя усилие, развиваемое якорем, постоянно, поэтому требуется меньшая мощность на его возбуждение.

Формула изобретения

1 . Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение, состоящий из акустически не связанных секций/ отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и механической мощности преобразователя, каждая секция выполнена в виде двухслойного пьезоэлемента, выводыот электродов которой подключены к источнику воз.буждения.

2.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что слои пьезоэлементов каждой секции поляризованы в двух взаимноперпендикулярных направлениях.

3.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что слои одного пьезоэлемента поляризованы встречно, а другого - в одном направлении.

4.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что двухслойные пьезоэлементы состоят из зон, с одинаковым и встречным направлениями поляризации слоев, имеющих ра здельные электроды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 396713, G 11 В 15/60, 1973.

2.Заявка 2051482, Н 01 Ь 41/10, 1974, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

3.Авторское свидетельство СССР 353273, кл. G 11 В 15/43, 1972.

fui.l

СШ

/ 6 ipus. fi