ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ


RU (11) 2030087 (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: 4811805/25 
(22) Дата подачи заявки: 1990.04.09 
(45) Опубликовано: 1995.02.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Харди Дж.У. Активная оптика. ТИИЭР, 1978, т.66, N 66, с.62, рис.28в. 2. Авторское свидетельство СССР N 1632321, 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 робототехнике, станкостроении, оптике. Сущность изобретения: пьезоэлектрический двигатель содержит пьезопакет, состоящий из набора пьезоэлектрических пластин, поляризованных по толщине, соединенных механически последовательно, и зажатый между опорными элементами, сопряженными с осевым отверстием в пьезопакете. Опорные элементы выполнены со сферической боковой поверхностью. Элементы устройства удовлетворяют соотношению оп = п- (Lп+lк)+tg/Do, где п, к - температурные коэффициенты расширения материала соответственно пьезопакета и выступающих за него частей корпуса и элемента стыковки с объектом перемещения; L и I - соответственно длины пьезопакета и выступающих за него частей корпуса и элемента стыковки с объектом перемещения; Do - диаметр отверстия в пьезопакете; - угол между осью устройства и касательной к сферической поверхности опорных элементов проведенной через точку соприкосновения этой поверхности с кромкой осевого отверстия в пьезопакете. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к устройствам точной механики 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 [1]. Недостатки этого двигателя - малая чувствительность и диапазон перемещений, температурная нестабильность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа пьезоэлектрический двигатель, содержащий пьезопакет из соединенных механически последовательно, а электрически параллельно поляризованных по толщине пьезопластин, зажатый между опорными элементами с конической внешней поверхностью, сопряженными с осевым отверстием, выполненным в пьезопакете [2].

Недостатки данного двигателя - сложность изготовления высокоточных опорных элементов с конической боковой поверхностью и температурная нестабильность.

Цель изобретения - повышение технологичности конструкции и температурной стабильности.

На чертеже показан вариант конструкции пьезоэлектрического двигателя.

Двигатель состоит из пьезопакета 1 с осевым отверстием 2, с которым сопряжены опорные элементы 3 и 4 со сферическими внешними поверхностями. Опорный элемент 3 связан с упругим корпусом 5, а опорный элемент 4 - с винтом 6, обеспечивающим зажатие пьезопакета 1 между опорными элементами 2 и 4.

Устройство работает следующим образом.

На пьезопакет 1 подается управляющее напряжение, в результате чего пакет 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 сферической 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 упругого корпуса 5. Величина дополнительного смещения пьезодвигателя определяется соотношением

Z = _ 

(1) где D - диаметр сферы опорных элементов 3 и 4; d - диаметр отверстия 2 в пьезопакете 1; d - изменение диаметра d под действием управляющего напряжения.

При малых по сравнению с D и d величинах d выражение (1) упрощается

Z d/tg, (2) где - угол между осью устройства и касательной к сферической поверхности опорных элементов 3 и 4, проведенной через точку соприкосновения этой поверхности с кромкой отверстия 2.

При D и d, имеющих величину больше 10 мм, и угле , лежащем в диапазоне 25 - 40о, расхождения между результатами по формулам (1) и (2) не превышают 1 - 2%.

При изменении температуры, например при повышении, 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 при изменении температуры на t

dпт = d п t, где п - ТКР материала пьезопакета 1.

Изменение диаметра опорных элементов 3 и 4

dот=dопt, где оп - ТKР материала опорных элементов 3 и 4.

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

L = - -(dпт-dот)/tg

Изменение длины устройства за счет продольного расширения пьезопакета 1 при нагреве

Lп = L п t, где L - длина пьезопакета 1.

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

Lк = l к t.

При полной компенсации температурной деформации устройства L+Lп+Lк= 0, следовательно

= arctg

Диаметр сферы D опорных элементов 3 и 4, соответствующий такому , D = d/cos .

Опорные элементы 3 и 4 могут быть изготовлены из инвара или плавленного кварца.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет упростить изготовление пьезодвигателя при большом диапазоне перемещений и снизить температурные погрешности, 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 по толщине, зажатый в корпусе между опорными элементами, сопряженными с осевым отверстием, выполненным в пьезопакете, и элемент стыковки с объектом перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности при улучшении технологичности, опорные элементы выполнены со сферической боковой поверхностью, а параметры элементов устройства удовлетворяют соотношению



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

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

Dо - диаметр отверстия в пьезопакете;

- угол между осью устройства и касательной к сферической поверхности опорных элементов, проведенный через точку соприкосновения этой поверхности с кромкой осевого отверстия в пьезопакете.




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