Пьезоэлектрический вибродвигатель Советский патент 1983 года по МПК H02N2/00 H01L41/09 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИБРОДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим двигателям, и может быть использовано при разработке приводов различного назначения.

Известен пьезоэлектрический вибродвигатель, содержащияй генератор электрических колебаний, выход которого соединен с электродами пьезоэлектрической пластины, прижатой к подвижному элементу. Один из электродов пьезоэлектрической пластины вибродвигателя разделен вдоль и поперек на четное число симметричных частей, которые попарно диагонально соединены между собой, что обеспечивает симметрию параметров движения подвижного элемента при реверсировании 1.

Недостатком такого двигателя является относительно низкий КПД, так как указанная форма разделения электродов пьезоэлектрической пластины неизбежно приводит к неполному использованию пьезоактивного материала пластины, поскольку при этом активно может быть использована половина объема пьезопластины при

движении подвижного элемента в одном направлении. Кроме того, амплитуды продольных колебаний по длине пластины в зонах контакта с подвижным элементом сравнительно малы, следовательно, не

5 обеспечивается высокая, скорость перемещения подвижного элемента.

Известен также пьезоэлектрический вибродвигатель, содержащий подвижный элемент и прижатый к подвижному элемен,Q ту пьезоэлектрический преобразователь в виде пластины с электродами, один из которых выполнен из двух расположенных под углом полос, разделенных на три части: основную центральную часть и две дополнительные центрально-симметричные

15 причем основная центральная часть, выполненная в виде ромба, является общей для обеих полос и подключена к генератору электрических колебаний, а дополнительные центрально-симметричные части попарно диагонально соединены между собой и через переключатель с генератором электрических колебаний 2.

В известном двигателе дополнительные части Х-образного электрода выполнены в форме неправильных четырехугольников.

из-за чего центральная ромбовидная часть удалена на значительное расстояние от краев пьезоэлектрического преобразователя. Такая форма электродов приводит не только к неполному использованию пьезоактивного материала преобразователя, но и к демпфированию колебаний неиспользуемым материалом, за счет чего КПД двигателя относительно невысок.

Кроме того, в известном двигателе для обеспечения вращательного движения пластина образует полый цилиндр, жесткость которого больше, чем плоской пластины. Это приводит к снижению скорости перемещения подвижного элемента и КПД двигателя.

Цель изобретения - повышение КПД и скорости перемещения подвижного элемента.

Указанная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом вибродвигателе, содержащем подвижный элемент и прижатый к подвижному элементу пьезоэлектрический преобразователь в виде пластины с электродами, один из которых выполнен из двух расположенных под углом полос, разделенных на три части; основную центральную часть и две дополнительные центрально-симметричные, причем основная центральная часть, выполненная в виде ромба, является общей для обеих полос и подключена к генератору электрических колебаний, а дополнительные центральносимметричные части попарно диагонально соединены между собой и через переключатель с генератором электрических колебаний, основная центральная часть электрода расположена так, что вершины углов ромба по меньшей диагонали соприкасаются с продольными ребрами пластины, вершины углов ромба по большей диагонали соприкасаются с поперечными ребрами пластины, а дополнительные части выполнены в форме прямоугольных треугольников, одни катеты которых сопряжены с продольными ребрами пластины, а другие катеты - с поперечными ребрами пластины.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема линейного вибродвигателя; на фиг. 2 схема соединения электродов пьезопреобразователя; на фиг. За, диаграмма распределения амплитуды А продольных колебаний вдоль диагонали пластины; на фиг. 36 - диаграмма распределения амплитуды АП изгибных колебаний вдоль диагонали пластины; на фиг. Зв - диаграмма, распределения амплитуды , АХ продольных колебаний по длине L пластины; на фиг. Зг диаграмма распределения амплитуды Ау изгибных колебаний по длине L пластины; на фиг. 4 конструктивная схема. вибродвигателя вращательного движения.

Пьезоэлектрическийвибродвигатель

содержит пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде пластины 1, к которой жестко прикреплены два башмака 2 и 3, изготовленные из износостойкого материала. Через башмаки 2 и 3 пластина

1упругим элементом 4 прижата к подвижному элементу 5, установленному на направляющих 6 в корпусе 7 (фиг. 1) Электрод 8 пьезоэлектрической пластины заземлен, а электрод 9 выполнен в виде двух одинаковых полос 10 и 11, расположенных вдоль диагоналей пластины 1. Полосы 10 и 11 состоят из основной центральной ромбовидной части 12, вершины углов которой по меньшей мере диагонали соприкасаются с продольными ребрами пластины 1, а вершины углов по большей диагонали - с поперечными ребрами пластины 1, и центрально-симметричных дополнительных частей 13-16, выполненных в виде прямоугольных треугольников, одни катеты которых сопряжены с продольными ребрами пластины 1, а другие - с поперечными ребрами пластины 1. Дополнительные части 13-16 попарно диагонально соединены между собой и через переключатель 17 подключены к основной центральной части 12. Электрод 8 и основная центральная часть 12 электрода 9 подключены к

5 выходу генератора 18 электрических колебаний (фиг. 2).

Вибродвигатель врашательного движения (фиг. 4) отличается от линейного те.м, что элемент выполнен в виде ротора 5, к которому упруго прижата пьезоэлектричес0 кая пластина 1 с аналогичным расположением электродов.

Пьезоэлектрическийвибродвигатель

работает следующим образом.

При подаче электрических колебаний от генератора 18 на одну из полос, например полосу 10, и электрод 8 пьезоэлектрической пластины 1 в последней возбуждаются продольные с амплитудой А и изгибные с амплитудой А колебания вдоль соответствующей диагонали.

д Размеры и параметры пьезоэлектрической пластины 1 подобраны так, что в ней вдоль диагонали устанавливаются продольные (фиг. За) колебания с одним узлом колебаний и изгибные (фиг. 36) колебания в виде стоячей волны с тремя узла5 ми колебаний. Резонансная частота продольных колебаний близка к резонансной частоте изгибных колебаний. При этом создается разность между этими резонансными частотами и относительный сдвиг фаз между продольными и изгибными колебаниями. Из-за этого закрепленные на пластине 1 бащмаки 2 и 3 совершают эллиптические движения. В пределах одного цикла эллипсообразного движения башмаков

2и 3 последние проскальзывают относиJ тельно подвижного элемента 5 в течение

одной половины цикла и заклиниваются в другой половине цикла, за счет этого подвижный элемент 5 совершает направленное поступательное движение.

Реверсирование движения производится при помощи переключателя 17, который присоединяют другою полосу 11 к генератору 18, вследствие чего фаза изгибных колебаний изменяется относительно фазы продольных колебаний на 180°

Вибродвигатель вращательного движения работает аналогичным образом.

Расчеты и экспериментальная проверка макета предлагаемого двигателя и известного показали, что КПД увеличено на 2/о. При одинаковой мощности питания скорость перемещения подвижного элемента предлагаемого вибродвигателя увеличивается на 35% по сравнению с известным.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический вибродвигатель, содержащий подвижный элемент и прижатый к подвижному элементу пьезоэлектрический преобразователь в виде пластины с электродами, один из которых выполнен из двух расположенных под углом полос, разделенных на три части; основную центральную часть и дре дополнительные центрально-симметричные, причем основная

центральная часть, выполненная в виде ромба, является общей для обеих полос и подключена к генератору электрических колебаний, а дополнительные центральносимметричные части попарно диагонально соединены между собой и через переключатель с генератором электрических колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и скорости перемещения подвижного элемента, основная центральная часть электрода расположена так, что вершины углов ромба по меньшей диагонали соприкасаются с продольными ребрами пластины, вершины углов ромба по большей диагонали .соприкасаются с поперечными ребрами пластины, а дополнительные 5 части выполнены в форме прямоугольных треугольников, одни катеты которых сопряжены с продольными ребрами пластины, а другие катеты - с поперечными ребрами пластины.

0Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

п

t

ШШрх

фуг. J

«4J-I I I I I I