Однофазный вибродвигатель Советский патент 1981 года по МПК H02N2/12 H01L41/09 

Изобретение относится к электрическим двигателям и может быть использовано в оптико-механическом приборостроении, а также в магнитофонах и электропроигрываквдих устрой ствах. Известен вибродвигатель, содержащий сопряженный с торцом трубчато пъезокерамического вибратора один (или два) ступенчатый преобразователь продольных колебаний,приводна часть которого выполнена в виде рас ложенных по окружности наклонных стержней, контактирующих своими тор цами с торцом ротора 1. Поскольку ступенчатые преобразователи продольных колебаний в целом не представляют собой единую резонансную систему, то в данном вибродвигателе существуют значительные потери на электромеханическое преЬбразование, для эффективной работы требуется подстройка собственных резонансных частот стержней на одну рабочую частоту. Стабильность враще ния ротора низкая. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вибродвигатель, содержащий установленный в корпусе цилиндрический ведущий элемент продольно-крутильных колебаний, одним торцом фрикционно сопряженный с ротором. Ведущий элемент представляет собой концентратор с наклонными щелевидными вырезами, внутри которых с помощью накладки укреплен пъезокерамнческий вибратор. Ведущий элемент прикреплен к корпусу через резиновую прокладку 2 . Однако накладка не сочленена с корпусом и не обеспечивает полную неподвижность верхнего торца пъезокерамического вибратора, что приводит к неполному использованию колебательной энергии пъезоэлемента. Наличие же резиновой прокладки приводи к демпфированию амплитуды колебаний концентратора и следовательно к дополнительной потере энергии на преобразование. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности вибродвигателя. Поставленная цель достигается тем, что в однофазном вибродвигателе, содержащем установленный в корпусе цилиндрический ведущий элемент продольно-крутильных колебаний, одним торцом фрикционно сопряженный с ротором, цилиндрический ведущий элемент выполнен в виде резонатора, имеющего наклонные пьезоэлектрические участки и другим торцом жестко закреплен на корпусе. Резонатор может быть выполнен в виде радиально поляризованного пъез керамического цилиндра с электродами на боковых поверхностях и наклонными щелевидными вырезами или в виде радиально поляризованного цилиндра с наклонно расположенными электродными областями. Кроме того, для обеспечения стабилизации угла поворота ротора резонатор выполнен в виде цилиндрического биморфа, а ротор - в виде стакана, надетого на резонатор с возможностью фрикционного взаимодействия с боковой поверхностью резонатора. На фиг,1 изображена схема вибродвигателя с одним ротором; на фиг.2 то же, с двумя роторами; на фиг.З схема шагового вибродвигателя, разрез о Вибродвигатель (фиг.1) содержит полый радиальпо поляризованный пъезокерамический цилиндр 1 с несколькими наклонными электродными областями или несколькими наклонными щеле видными вырезами 2, одним торцом фрикционно сочлененный с ротором 3, а другим торцом жестко сочленен с к пусом. Боковые поверхности пъезокерамического цилиндра электродиррваны. Вибродвигатель со стабилизированным шагом (фиг.З) содержит бимор ннй резонатор, состоящий, например, из склееных между собой боковыми по верхностями пъезокерамического цилиндра 1 и тонкостенного металличес кого цилиндра 4. Ротор выполнен в ; виде стакана, надетого на резонатор Вибродвигатель работает следующи образом. При подаче на электроды переменн го напряжения с частотой, равной одной из собственных резонансных ча тот пъезопреобразователя, в последнем возбуждают продольно-крутильные колебания. Верхний торец пъезокерам ческого цилиндра при этом ударяет в ротор 3, который поднимаясь, одновр менно проворачивается вокруг оси на некоторый угол. Поскольку частота собственных колебаний обычно больше 10 кГц,то инерционный ротор 3, прижатый (с усилием Р): или свободно лежащийна торце пъезокерамического цилиндра, под действием направленного виброударного воздействия совершает плавное вращение (с угловой частотой ID ). Резонатор вибродвигателя со стабилизированным шагом (фиг.З) выполнен составным, наприме биморфным, и дополнительно к продольно-крутильным колебаниям совершает еще и бочкообразные колебания. При подаче на электроды пъезопреобразователя переменного напряжения боковые стенки резонатора выгибаются, например, во внутрь, верхний торец резонатора при этом отрывается от дна стакана (ротора). В последующий момент времени боковые стенки выпрямляются, при этом торец резонатора ударяет в дно стакана и стакан начинает проворачиваться до тех пор, пока середина боковой поверхности резонатора не упрется во внутреннюю цилиндрическую часть стакана и стакан не остановится, в дальнейшем торец резонатора еще раз ударяет в дно стакана, проворачивает его, и боковая поверхность резонатора выгибается вовнутрь. Таким образом, за период колебания резонатора ротор два раза проворачивается и один раз стопорится. При данной амплитуде подведенного напряжения шаг двигателя оказывается стабилизирован. Еще большая стабильность и меньший шаг могут быть получены, если ротор из двух сочлененных между собой стаканов , охватывакяцих с обеих сторон боковые поверхности резонатора. При этом за период колебания ротор два раза ускоряется (проворачивается) и два раза стопорится. Предложенный вибродвигатель имеет минимальное количество элементов, что упрощает его конструкцию, и в результате вибрационного принципа работы минимальные потери на преобразование, поскольку все дополнительные элементы являются источником потерь . Закрепление одного торца пъезопреобразователя непосредственно на корпусе позволяет более эффективно использовать его колебательную энергию по сравнению с закреплением при помощи присоединенной массы, которая не обеспечивает полной неподвижности торца пъезопреобразователя. Использование изобретения позволяет создать экономичные и простые по конструкции и Изготовлению однофазные вибродвигатели для магнитофона и электропроигрывающих устройств (фиг.1) а также тихоходные прецизионные шаговые вибродвигатели для нужд приборостроения (фиг.З). Формула изобретения 1. Однофазный вибродвигатель, содержащий установленный в корпусе цилиндрический ведущий элемент продольно-крутильных колебаний одним торцом фрикционно сопряженный с ротором, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности вибродвигателя, цилиндрический ведущий элемент выполнен в виде резонатора, имеющего наклонные пьезоэлектрические участки, и другим торцом жестко .закреплен на корпусе. 2.Вибродвигатель по п.1, отл чающийся тем, что резонатор выполнен в виде радиально поляризованного пъезокерамического цилинд с электродами на боковых поверхностях и наклонными щелевидными вырезами. 3.Вибродвигатель по п.1, отл чающийся тем, что резонатор выполнен в виде радиально поляризованного цилиндра с наклонно распо ложенными электродными областями. 4.Вибродвигатель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что, с целью стабилизации угла поворота ротора за один период колебаний резонатора, резонатор выполнен в виде цилиндрического биморфа, а ротор выполнен в виде стакана, надетого на резонатор с возможностью фрикционного взаимодействия с боковой поверхностью резонатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 532947, кл. Н 02 N 11/00, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 613302, кл. G 11 В 15/40, 1977 (прототип).

i

О/

i-;

Фиг. 1

ч}у

р.(

Фиг. г

/////////////////

Фие.3