ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ


RU (11) 2028715 (13) C1

(51) 6 H02N2/00, H01L41/09 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4811544/25 
(22) Дата подачи заявки: 1990.04.09 
(45) Опубликовано: 1995.02.09 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Заявка Великобритании N 1463195, кл. H 04N 11/00, 1977. Авторское свидетельство СССР N 1632321, кл. H 02N 2/00, 1989. 
(71) Заявитель(и): Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики 
(72) Автор(ы): Бойков В.И.; Быстров С.В.; Смирнов А.В.; Чежин М.С. 
(73) Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ 

Использование: в устройствах точной механики, в робототехнике, станкостроении, оптике. Сущность: в пьезоэлектрическом двигателе, содержащем пьезопакет, состоящий из набора пьезоэлектрических пластин, поляризованных по толщине, соединенных механически последовательно, и зажатый между опорными элементами с конической боковой поверхностью, сопряженными с осевым отверстием в пьезопакете. Опорные элементы выполнены из материала с температурным коэффициентом расширения, удовлетворяющим соотношению: оп= п-(Lп+lк)tg/Do, где L,lк -длина пьезопакета и выступающих за него частей пьезоэлектрического двигателя соответственно, п,к - температурные коэффициенты расширения материала пьезопакета и выступающих за него частей пьезодвигателя соответственно, - угол наклона боковых поверхностей опорных элементов, Do - диаметр отверстия в пьезопакете. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к устройствам точной механики и может быть использовано в робототехнике, станкостроении, оптике.

Известен пьезоэлектрический двигатель в виде пьезопакета из соединенных механически последовательно, а электрически параллельно, поляризованных по толщине пьезоэлектрических пластин.

Недостатками устройства являются малая чувствительность и диапазон перемещений, температурная нестабильность.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа пьезоэлектрический двигатель, содержащий пьезопакет из соединенных механически последовательно, а электрически параллельно - поляризованных по толщине пьезоэлектрических пластин, зажатый между коническими опорными элементами с конической внешней поверхностью, сопряженными с осевым отверстием, выполненным в пьезопакете. Недостатком устройства является температурная нестабильность.

Целью изобретения является повышение температурной стабильности.

На чертеже показан вариант конструкции пьезоэлектрического двигателя. Он состоит из пьезопакета 1 с осевым отверстием 2, с которым сопряжены опорные элементы 3 и 4, с коническими внешними поверхностями. Опорный элемент 3 связан с упругим корпусом 5, а опорный элемент 4 - с винтом 6, обеспечивающим зажатие пьезопакета 1 между опорными элементами 3 и 4.

Устройство работает следующим образом. На пьезопакет 1 подается управляющее напряжение, в результате чего он удлиняется по оси и сжимается по диаметру. Уменьшение диаметра отверстия 2 в пьезопакете 1 приводит при этом к выжиманию опорных элементов 3 и 4 из отверстия 2 благодаря конической форме их поверхностей. При изменении знака управляющего напряжения пьезопакет 1 уменьшается в длину и расширяется по диаметру. Увеличение при этом диаметра отверстия 2 приводит к тому, что опорные элементы 3 и 4 входят в него под действием упругости корпуса 5. Величина дополнительного смещения пьезодвигателя определяется простым соотношением z = d/tg , где d - изменение диаметра отверстия 2 в пьезопакете 1, - угол наклона боковых поверхностей опорных элементов 3 и 4. При изменении температуры, например при увеличении, увеличивается как длина пьезопакета 1, так и диаметр отверстия 2. При этом опорные элементы 3 и 4 втягиваются в отверстие 2 под действием упругости корпуса 5, так как их ТКР меньше, чем у материала пьезопакета 1, что приводит к компенсации линейного температурного расширения пьезодвигателя. При снижении температуры процесс идет в обратном направлении.

Изменение диаметра отверстия 2 в пьезопакете 1 при изменении температуры на t

Dпт = Do п - t, где Do - исходный диаметр отверстия 2, п - ТКР материала пьезопакета 1.

Изменение диаметра опорных элементов 3 и 4

Doт = Do oп - t, где oп - ТКР материала опорных элементов 3 и 4.

Начальные диаметры отверстия 2 и опорных элементов 3 и 4 считаем одинаковыми.

Изменение длины устройства за счет изменения диаметров пьезопакета 1 и опорных элементов 3 и 4

Lo = - ( Dпт - Dот)/tg =

= - Do t (п-оп)/tg , где - угол при вершине конических опорных элементов 3 и 4.

Изменение длины устройства за счет продольного расширения пьезопакета 1 при нагреве

Lп = L п t.

Изменение длины устройства за счет выступающих справа и слева от пьезопакета 1 частей пьезодвигателя суммарной длиной l и с ТКР к

Lк = lк t.

При полной компенсации температурной деформации устройства

Lo + Lп + Lк = 0, следовательно,

= arctg ., (1)

Пьезопакет 1 может быть изготовлен из пьезокерамики ЦТС-23, а опорные элементы 3 и 4 - из инвара или плавленного кварца.

П р и м е р. Пусть пьезопакет 1 изготовлен из пьезокерамики ЦТС-23 (п = 310-6 град-1), имеет длину L = 310-2 м и диаметр отверстия 2 Do= 1,610-2 м. Опорные элементы 3 и 4 изготовлены из плавленного кварца (оп = 0,510-6 град-1), а выступающие вправо и влево от пьезопакета 1 части корпуса 5 и гайки 6 изготовлены из инвара и имеют суммарную длину l = 0,02 м (к = =0,910-6 град.-1).

Тогда в соответствии с выражением (1) полная компенсация температурных деформаций пьезодвигателя достигается при = 20,3о.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет резко снизить температурные погрешности пьезодвигателя, вызванные температурной деформацией как пьезопакета, так и выступающих частей корпуса, а также элементов, подключенных к пьезодвигателю. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий пьезопакет, состоящий из набора пьезокерамических пластин, поляризованных то толщине, и зажатый в корпусе между опорными элементами с конической боковой поверхностью, сопряженными с осевым отверстием, выполненным в пьезопакете, и элемент стыковки с объектом перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности, опорные элементы выполнены из материала, температурный коэффициент расширения которого удовлетворяет соотношению



где п, к - температурные коэффициенты расширения материала соответственно пьезопакета и выступающих за него частей корпуса и элемента стыковки с объектом перемещения;

L, l - соответственно длина пьезопакета и выступающих за него частей корпуса и элемента стыковки с объектом перемещения;

D0 - диаметр отверстия пьезопакета;

- угол наклона боковых поверхностей опорных элементов к оси устройства.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru