Вибродвигатель Советский патент 1980 года по МПК H02N2/12 H01L41/09 

(54) ВИБРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, может быть использовано в маломощных исполнительных механизмах и устройствах позиционирования. Известен вибродвигатель, содержащий генератор,ротор, пьезоэлемент, который выполнен из пластин, образующих треугольник, взаимодействующих вершинами с ротором, а электроды каждой из пластин подсоединены к трехфазному генератору 1 . Недостаток данного.выбродвигателя состоит в том, что его мощность относительно мала из-з ограниченной величины перемещения концов пьезозлементов. Известен вибродвигатель, содержащий цилиндрический ротор, пьезоэлектрический привоД; состоящий из двух вибраторов, установленных под углом друг к другу и скрепленных в вершине угла бащмаком, взаимодействующим с ротором, и схему питания, включающую генератор и фазовращатель 2. В известном вибродвигателе каждый из вибраторов выполнен в виде пьезокерамического элемента продольных колебаний, при этом один из элементов подключен к генератору непосредственно, а другой через фазовращатель. Недостаток этого вибродвигателя состоит в том, что его мощность ограничена, так как амплитуда сигнала питания-пьезоэлементов ограничена механической жесткостью пьезоэлементов. Целью изобретения является повыщешге мощности вибродвигателя. Поставленная цель достигается тем, что в вибродвигателе, содержащем цилиндрический ротор, пьезоэлектрический привод, состоящий из двух вибраторов, установленных под углом друг к другу и скрепленных в верщине угла башмаком, взаимодействующим с ротором, и схему питания, включа ащую генератор и фазовращатель , каждый из вибраторов выполнен в виде двух пьезокераг10г еских шайб, поляризованных по толщине в противоположных напрш: лениях, на одном из торцов которых установлен экспоненциальный концентратор продольных колебаний, башмак установлен на узких концах концентраторов, при этом поверхность 6aujмака, взаимодействующая с ротором, выполнена криволинейной с радиусом кривизны, большим 37 радиуса ротора, а к енсратору и фазовращателю подключены общие обкладки пьезокерамических шайб. С целью обеспегения реверса и регулирования скорости вращения схема питания содержит дополнительно датчик угловой скорости, подклю ченный через усилитель, частотный дискриминатор и блок управлеьшя к управляющему входу фазовращателя. На чертеже представлена схема вибродвигателя. С ротором 1 сопряжен датчик 2 скорости, который через усилитель 3, частотный дискриминатор 4 и блок управления 5 подключен к управляющему входу фазовращателя 6. Выход генератора 7 переменного напряжения подключен к средней обкладке пьезоэлемента 8 и через фазовращатель -, к средней обкладке пьезоэлемента 9. Пьезоэлементы выполнены в виде двух пьезокерамических шайб, поляризованных по толщине. На одном торце каждой шайбы установлен экспонеищ альный концентратор 10, 11 продольных колебаний соответственно. На суженных концах концентраторов уста}1овлен башмак 12, поверхность которого, взаимодействующая с ротором, вьшолнена изогнутой, с радиусом кривизны, большим радиуса ротора 1. Вторые торцы пьезоэлементов установлены жестко на основании 13 посредством винтов 14, 15. ;Вибродвигатель работает следующим образом. При включении питания сигнал с генератора 7 переменного напряжения подается к средней обкладке пьезоэлемента 8 и через управляемый фазовращатель 6 - к средней обкладке пьезоэлемента 9. Так как Пьезоэлементы 8, 9 выпол нены в виде пьезокерамических шайб, поляризованных по толшине, с противоположно направ ленными векторами поляризации, они совершают колебания в противоположные стороны. Способность транс4)ормировать электрическу энергию в механическую пьезокерамических. щайб, поляризованных но толщине, в направлении вектора поляризации определяется по квард рату коэффиш ента электромеханической связи, т. е. К... в направлении радиуса шайб этот коэффициент будет К,. Для пьезокерами ки, например, марки PZT-4 (США), К,,-0,70, а коэффициент электромеханической связи продольнь1х колебаний, что имеет место в прототипе, К,,334. Получаем, что К , 4,5 K Это означает, что при использовании колебаний по толщине в 4,5 раза повышается эффективность трансформации электрической энергии в механическую. Так как пьезоэлеме ггы 8,9 посредством винтов 14, 15 соединены жестко между основанием 13 и экспоненцип;н ными когщентраторами 10, 11, и писледних нозбужлаююя меха(шческис колебания. Прнюм К. коэффициент усиления механических колебаний определяется по формуле ,/- -лГИо У V Sg где SQ, SP - -плошади поперечного сече}1ия входного и выходного торца кои центратора. Так как суженные концы концентраторов Ю, 11 жестко соединены между собою носредство1и башмака 12, последний будет colepuiaTb колебания в пространстве по траектории, определяемой величиной и знаком фазового рассогласования между сигналами с выходов генератора 7 и фазовращателя 6. Башмак 12, взаимодействуя с ротором 1, сообшает ему момент вращения. Так как поверхность башмака, взаимодействующая с ротором 1, изогнута с радиусом, кривизны, большим радиуса ротора 1, площадь контшста между нигди при поперечном перемещё шш башмака будет постоянной, причем при . длительной работе вибродвигателя при износе башмака площадь контакта практически не будет меняться, что повышает надежность и долговечность работы двигателя. . При вращении ротора 1 сигнал с датчика 2 скорости через усилитель 3 .подается к частотному дискриминатору 4. Сигнал , амдлитуда которого пропорциопальна величине колебаний угловой скорости ротора I, с выхода дискриминатора 4 через блок управления 5 подаетс-я к управляющему входу фазовращателя, который, изменяя фазу сигналов, поступающих к обкладкам пьезоэлементов 8, 9, компенсирует колебания угловой скорости. Этим повышается точность угловой скорости вращения. . При помощи блока управления 5 путем измерения фазы сигналов питания пьезоэлемВнтов 8, 9 обеспечиваются, также разные режимы работы вибродвигателя, в том числе реверсирование и плавное изменение скорости вращения. Экспериментальные исследования макета вибродвигателя показали, что в 3-4 раза повышается мощность вибродвигателя, причем колебания угловой скорости уменьшены в 3 раза по qэaвнeш ю с прототипом. Формула изобретения 1. Вибродвигатель, содержаший цилиндрический ротор, пьезоэлектрический привод, состоящий из вибраторов, установленных под углом друг к другу и скрепленных в вершине угла башмаком, взаимодействующим с ротором, и схему питания, вкяючающую rcFieparop и фазовращатель, отличающийся тем, что с целью повыщения мопшости вибродв.ига