Пьезоэлектрический реверсивный двигатель Советский патент 1979 года по МПК H01L41/10 H02N11/00 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕВЕРСИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к пьезоэлектрическим двигателям и может быть использовано Б цепях автоматики для приведения в действие исполнительны.ч механизмов, а также в бытовых приборах широкого назначения.

Известны пьезоэлектрические реверсивные двигатели, содержащие электрический генератор, который возбуждает в пьезоэлектрическом статоре механические колебания, передаваемые ротору через фрикционный контакт ньезоэлемента с ротором. Последний приводится таким образом во вращение 1

Известен пьезоэлектрический реверсивный двигатель, содержапщй статор в виде пьезоэлектрических пластин, прижатых к ротору 2.: .

Недостатками известных двигателей являются низкий моторесурс и сложность конструкции.

Цель изобретения - повышение моторесурса и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что пластины статора выполнены в виде, по крайней мере, двух дисков, установленных с возможностью вранхения относительно их

осей, наклоненных к оси ротора под углом о., удовлетворяющим УСЛОВИЯМ

arccos cos l4ViI+2кЧ О ; 2кТ/2 а arccos cosU(irr+ 2к- VI )/2, где /- угол между нормалью в точке фрикционного контакта и .плоскостью дисков;

к - коэффициент трения каче1П1я фрикционной нары статор-ротор.,

Изобретение поясняется Чертежом, на котором изображен реверсивный пьезоэлектрический двигатель.

Пьезоэлектрический реверсивный двигатель состоит из основания 1, ротора 2, статора в виде двух дисков 3, 4 нз пьезопластин, закрепленных с возможностью вращения посредством водила 5 в основании 1. Дискн 3 и 4 прижаты к цилиндрической поверхности ротора подпружиненными роликами 6. Генератор 7 электрически соединен через переключатель 8 реверса и Н1еточные контакть 9, а также через водило 5 и ролики 6С электродами, нанесенными на главные поверхности дисков 3 и 4. Последние закреплены на водиле 5 в эластичных, например фторопластовых, подщипниках 10. Отрезок АС; соединяющий центры дисков 3 и 4,

patnOJiOTKeH rid;n, углом a к прямой OB, проходящей через середину указанного отрезка АС параллельно оси Ofeротора,а углы между плоскостями Дисков и нормалями к поверхности ротора в точке фрикционного контакта обозначены 1Г.

Пьезоэлектрический реверсивный двигатель работает следующим образом.

От генератора 7 через переключатель 8 реверса, щеточный контакт 9, водило 5 и ролик 6 подают напряжение на пьезоэлектрический диск 3 и возбуждают в нем за счет пьезоэффекта радиальные колебанйя с частотой f 1//3R, где If- скорость звука в пьезокерамике, R - радиус диска.

Наг рйЖенйе на пьезоэлементы может быть также подано посредством расположенНых параллельно и нёконтактйруюЩих с пьезоэлементами обкладок, т. ё. через Конденсаторы, образованные обкладками и электродами пьезоэлементов.

Радиальные колебания статора воздействуют на поверхность ротора 2 с переменной

радиально направленной силой, которая рас кладывается на три силы:

гаШтёЛь ую к поверхности рбтера и перперпендикулярную его оси ОВ,

касательную к поверхности ротора и параллельную оси Ote;

нормальную к поверхности ротора.

Перваясила заставляет вращаться ротор двигателя. Вторая сила уравновещивается продольной реакцией вала, приложенной к диску 3 и вращающей его. Третья сила прижимает контактную область диска 3 к поверхности ротора 2, и в момент рабочего хода увеличивает это прижатие, что позволяет передать на ротор увеличенный рабочий момент, а в следующий полупериод колебания вычитается из постоянной силы прижатия, развиваемой роликом 6, и тем самым облегчает в этот момент проскальзывание поверхности диска 3 по поверхности ротора 2. Если угол а между осью дисков АС и осью ротора слищком велик, продольная составляющая реакции вала будет малаИне сможет преодолеть сил трения качения к диска 3 по поверхности ротора 2. По этой же причине отключенный от генератора диск 4 не будет вращаться и затормозит ротор. Если угол а будет слищком мал, вращающий момент станет недостаточным для вращения ротора. Поэтому УГОЛ а должен удовлетворять условиям

arccos ( /rT2i + T)cos I//2| a arccos (VI + 2к - l - 2к) cosV/2, где угол U между плоскостью дисков и нормалью N к поверхности ротора рекомендуют выбирать равным 45°. Так как коэффициент трения качения для фрикционных пар из металлов и керамики не превышает 0,01, приветхенное неравенство можно упростить, сохранив достаточную для практики точность 45° а агссо5(0,7к).

ftJSW«

661661

Когда переключатель 8 подключает диск 4 к генератору, описанный процесс повторяется, но ротор вращается в обратную сторону и увлекает за собой электрически отсоединенный от генератора диск 3. 5 Возможность в предлагаемом пьезоэлектрическом реверсивном двигателе электрического отключения дисков без механического их отведения от поверхности ротора позволяет увеличить мощность двигателя, установив несколько пар дисков. Ц этом случае удобно собрать диски, предназначенные для вращения в одном направлении, в отдельную обойму, распределив их равномерно по окружности ротора с упомянутым углом наклона оси каждого к оси ротора. Идентичная

5 обойма располагается рядом с отрицательным по отношен ию к первой обойме углом между пласкостью дисков и нормалью и подключается к генератору при необходимости обратного вращения.

В пьезоэлектрическом двигателе благодаря вращению отключенного пьезоэлектрического диска за счет фрикционного сцепления с ротором отсутствует механический переключатель реверса, что упрощает .конструкцию, а при увеличении в десятки раз рабочей пбверхности статорных .пьезоэлементов Ттовыщается в десятки раз моторесурс при сохранении высокой удельной мощности. Кроме того, благодаря равномерному истиранию Кромки статора возрастает устойчивость работы двигателя, увеличиваются периоды

0 вращения между остановами двигателя на отладку.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический реверсивный двигатель, содержащий статор в виде пьезоэлектрических пластин, прижатых к ротору, отличаюш ийсят м, что, с целью увеличения моторесурса и упрощения конструкции, пластины выполнены в виде, по крайней мере, двух дисков, установленных с возможностью вращения относительно, их осей, наклоненных к оси ротора под углом и, удовлетворяющим условиям

arccos cos иО(ГТ2к+У1 :2к)/2 а arccos cosV( Vr + 2к-VI -2к)/2,

где Xf- угол между нормалью в точке фрикционного контакта и плоскостью дисков;

к - коэффициент трения качения фрикционной пары статор-ротор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

w