Двигатель Советский патент 1981 года по МПК F03G7/00 

(54) ДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям, и может быть использовано для автоматизации технологических процессов, осуществляемых в вакууме.

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель, содержащий статор, ротор и соединенные с ними пьезопреобразователи 1 .

Недостатком известного двигателя является отсутствие в его конструкции термочувствительных элементов, что не позв у1яет осуществить его термостабилизацию и снижает тем самым прочность перемещений, а также исключает получение дополнительного движущего усилия при его работе в качестве теплового двигателя.

Цель изобретения - улучшение динамических и статических характеристик двигателя путем совместного использования для его работы элект рического и теплового полей.

Указанная цель достигается тем, что пьезопреобразрватели закреплены на роторе на упругих подвесках, их противоположные концы соединены между собой термочувствительными пружинами, выполненными в виде множительных элементов для преобразования малых продольных деформаций пьезопреобразователей в большие поперечные перемещения свободных средних участков пружины и последние соединены своими средними участками со статором через втулку, дополнительно установленную на роторе с возможностью вращения эксцентрично относительно последнего.

10

На фиг.1 изображен предлагаемый двигатель, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.З - схема подключения пьезопреобразователя.

Двигатель содержит статор 1, жест15ко связанный с осью 2, на которой устанс влен с возможностью вращения ротор 3. На роторе 3 закреплены на упругих подвесках 4 пьезопреобразователи,5, противоположные концы ко20торых соединены между собой термочувствительными плоскими пружинами б и 7, прикрепленными своими концами к соответствующим концам пьезопреобразователей при помощи накла25док 8. Пружины 7 соединены своими средними участками через накладки 9 и 10 при помощи звеньев 11, выполненных, например, из высокопрочной проволоки с втулкой 12, установленной

30 с возможностью вращения на кривошипе 13 оси 2 статора 1. Пружины 6 аналогично соединены своими средними участками при помощи звеньев 14 с регулировочным винтом 15, установленным, на роторе 3, для устранения начального прогиба пружин. Пьезопреобразователи 5 состоят из пьезотаблеток 16,.изготовленных, например, из пьезокерамики ЦТС-19, склеенных или сваренных между собой при помощи диффузионной сварки через посеребренные медные лепестки 17. Концевые пьезотаблетки аналогичным образом сое динены с концевыи и элементами 18. Одноименные полюса пьезотаблеток электрически соединены между собой и с источником 19 питания через коллекторные кольца 20, изолированные от оси 2 при ПОМО1ДИ изоляционных колец 21, и через токосъемники 22. На роторе 3 установлен фланец 23 для крепления звеньев нагрузки.

Двигатель работает следующим образом.

Начальное напряжение пружин б и 7 и подвесок 4 регулируется при помощи винтов 15 для устранения прогиба. При подаче электрического напряжения прямой полярности на один из пьезопреобразователей последний расширяется, при этом стрела прргиба пружин б и 7 уменьшается. Каждая из пружин, будучи предварительно сдеформированной за пределы потери устойчивости, работает как множительный элемент, преобразуя малые продольные деформации, задаваемые пьезопреобразователем, в увеличенную стрелу прогиба. Усилие, передаваемое пружинами 6 и 7 на втулку 12, возрастае: вследствие чего равновесие сил на ней нарушается, и на роторе 2 возникает крутящий момент. Ротор приводится в движение. С вала ротора снимается полезная нагрузка. При последовательной подаче напряжения на пьезопреобразователи по определенной программе полезная.нагрузка с вала ротора снимается непрерывно. При этом частота вращения зависит от скорости изменения подаваемого на пьезопреобразователи напряжения. Для этого на пьезопреобраэователе последовательно пФдаются сдвинутые по фа зе относительно друг друга управл.яющие электрические сигналы. Крутящий момент при этом пропорционален амплитуде напряжения, чем достигается управление мощностью ддигателя.

При изменении порядка подачи напряжения пьезопреобразователи ротор вращается в противоположную сторону. При пуске для преодоления: момента трогания можно подать напряжение большей величины, чем в процессе вращения ротора. При остановке двигателя для- преодолевания сил инерции можно использовать противов ключение, при этом kpyтящий, момент

направлен в сторону, противоположную направлению действия сил инерции. Время выбега двигателя при этом можно существенно уменьшить.

При последовательном изменении порядка подачи напряжения на пьезопреобразователи двигатель работает в- следящем режиме.

Выполнение пружин 6 и 7 термочувствительными позволяет осуществить термостабилизацию двигателя. При воздействий теплового поля на пружины 6 и 7 последние, нагреваясь, увеличивают свои линейные размеры, отчего стрела прогиба увеличивается, что вызывает уменьшение тянущего усилия, дейстйующего на эксцентриковую втулку 12 со стороны нагреваемых пружин, равновесие сил на втулке нарушается, и ротор поворачивается. При необходимости исключения поворота ротора в зоне каждого из узлов пьезопреобразователь - упругие, звенья помещается термопара, котрая показывает степень воздействия теплового поля на упругие звенья (система калибруется при настройке) , при этом сигнал от термопары подается на измеритель температуры (не указан) , с него на источник питаниядс которого подается пропорциональное величине температуры напряжение прямой полярности на пьезопреобразователь. Последний расширяется, и его продольная деформация вызывает уменьшение стрелы прогиба пружин на ту же величину, что и величина прогиба от воздействия теплового поля. Следовательно, средняя точка каждой из пружин б и 7 остается неподвижной, т.е. реализуется термостабилизация двигателя.

При отсутствии напряжения на пьезпреобразователях и воздействии теплового поля двигатель работает как тепловой. При этом термочувствительные пружины б и 7 при их перемещении в зону охлаждения уменьшают свою длину и прогиб, увеличивая тянущее усилие, передаваемое на втулку 12; одновременно пружины б и 7, находящиеся в зоне нагрева, увеличивают свою длину и прогиб, не препятствуя вращению ротора. При вращении ротора в зоны нагрева и охлаждения попгщавдт новые пружины б и 7, и процейс повторяется за счет чего осуществляется непрерывная работа двигателя .

Подачей электрического напряжения на -пьезопрео разователи 5 может быть осуществлен реверс устройства при его работе в режиме теплового двигателя.

Таким образом, совместное использование для работы предлагаемого двигателя электрического и теплового полей существенно улучшает его характеристики - повышает точность за