Пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель Советский патент 1980 года по МПК H02N2/04 H01L41/09 

стальными мембранами 5 и установленный в выполненном нз титанового снлава стакане 6, который жестко соединен с мембранами 5. Фиксатор 3 нредставляет собой составной пьезопреобразователь 7, жестко закрепленный между стальными мембранамн 8 и установленный в выполненном из титанового снлава стакане 9, который жестко соединен с мембранамн 8. Устройство удерживается в исходиом состоянии силами статического трения в парах скольлсения: фиксатор 2 - стальные силовые мембраны 10, фиксатор 3 - стальные силовые мембраны

11.Устройство включает в себя выиолненные из титанового сплава направляющие

12,выходной вал 13, жестко закрепленный к фиксатору 2 сооено с центральным пьезоиреобразователем 1. Титановый сплав применяется в качестве основного конструкционного материала, так как имеет близкий к пьезокерамике температурный коэффициент линейного расширения.

Работа двигателя поясняется на фиг. 2, где Ui-напряжение на центральном пьезопреобразователе 1, U,- напряжение на пьезопреобразователе 4 фиксатора 2, Uj- папряжение на пьезопреобразователе 7 фиксатора 3.

В исходном состоянии все пьезопреобразователи находятся в нейтральном положении и центральный пьезопреобразователь 1, фиксаторы 2 и 3, выходной вал 13 удерживаются на месте силами статического трения между мембранами 5, 10 и 8, И.

Пусть необходимо движение в сторону выходного вала 13. Пьезоиреобразователь 4 фиксатора 2 возбуждается на частоте параллельного резонанса напряжением t/4, величина которого составляет несколько десятков вольт (30-50 В), и вследствие этого статическое тренпе между мембранами 5 и 8 переходит в кинетическое трение (см. фиг. 2). Одновременно на центральный пьезопреобразователь 1 подается электрическое напряжение Ui, и ои расширяется, переменная фиксатор 2 и выходной вал 13. Затем переменное напряжение снимается с пьезопреобразователя 4 фиксатора 2 и прикладывается к пьезонреобразователю 7 фиксатора 3. Одновременно на пьезонреобразователь 1 подается электрическое папрянсение Ui противоположной полярности, и он сжимается, подтягивая фиксатор 3. Затем цикл повторяется.

Наиболее эффективное снижение коэффициента трения в паре фиксатор - силовая мембрана при подаче на пьезопреобразователь фиксатора переменного напряжения ультразвуковой частоты достигается возбуждением пьезопреобразователя па частоте его параллельного резонанса /цр (см. фиг. 3). Устройство надежно в эксилуатации, так как износ фиксаторов и силовых мембран в диапазоне десятков микрометров не оказывает существенного влияния на усилие прижима силовой мембраны и на условия работы устройства. Устройство имеет большое быстродействие и плавность перемещения благодаря более быстрому и плавному освобождению фиксаторов, отсутствию в них ударных нагрузок. Устройство технологично, так как требуется меньшая точность изготовления фиксаторов и направляющих.

Испытания показали, что двигатель имеет следующие техиические характеристики: 0 Тяговое усилие до 8 кг.

Величина щага от 0,2 до 20 мкм в зависимости от напряжения, подаваемого на нейтральный пьезопреобразователь.

Скорость перемещения до 2 мм/сек. Длина пьезопреобразователя фиксатора 52 мм.

Частота возбуждения пьезопреобразователей фиксаторов около 25 кГц.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический линейный щаговый двигатель, содержащий кронус, направляющие, центральный пьезопреобразователь с

5 закрепленными перпендикулярно его оси пьезоэлектрическими фиксаторами, к одиому из которых прикреплен выходной вал, блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышепия надежности, быстродействия и плавности перемещения, блок управления снабжен дополнительно импульсным высокочастотным источником электрического нанряжения, а фиксаторы выполнены в виде составных ньезопреобра5 зователей, включающих пьезоэлектрические стержни, жестко закрепленные между мембранами и установленные в стаканах, при этом фиксаторы расположены между мембранами, закреиленными на корпусе, и подключены к импульсному источнику электрического напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании № 1261523, кл. П 2А, 1972.

2.Патент США Л 3902084, кл. ПО-81, 1975 (прототип).

t

- t