Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение

Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соаоэ Советски к

Социапистическии

Республик (11) 575790 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11,0374 (21) 2004343/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано0510.77. Бюллетень,%» (45) Дата опубликования описания 151177 (5l) М. Кл.

Н 04 R 17/00

Н 01 1 41/10

Гяаудаяатаанный наинтат

Ояанта Мнннатраа CCCP яя делам наабраталнд н ятнрытня (53) УДК 621.313.13а

: 537.228.1 (088.8) Л.Г. Гультяева, В,Л. Каверцев, И.А. Карташев, В.В. Лавриненко и А.А. През (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический институт

p1) Заявитель им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

СИГНАЛА В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям и может быть использовано в малогабаритных устройствах поступательных перемещений, а также в двигателях ленто 5 протяжных механизмов.

Известны лентопротяжные механизмы, пьезоэлектрические шаговые двигатели, работающие на пьезоэлементах (1), (2) .

Наиболее близким по.технической l0 сущности к предложенному является пье з оэлек три чеокий преобраз ов атель, состоящий из акустически не связанных секций (3).

Однако его конструкция является 15 сложной, механически непрочной и имеет значительные габариты. Подключение секций к источнику через фазосдвигающую цепочку приводит к уменьшению

КПД устройства. Кроме того пьезоэле- 20 менты секций выполнены в виде биморфных пластин, в которых возможно возбуждение только изгибных колебаний, облацающих низкой эффективностью электрического преобразования энергии. 25

Целью изобретения является увеличение КПД и механической мощности преобразователя, Для этого в пьезоэлектрическом преобразователе, состоящем из акустичес- 30 кй не связанных секций, каждая секция преобразователя выполнена в виде двухслойного пьезоэлемента, выводы от электродов которой подключены к источнику возбуждения.

Слои пьезоэлементов каждой секции могут быть поляризованы в двух взаи" мноперпендикулярных направлениях, что ведет к уменьшению габаритов преобразователя. Слои одного из пьезоэлементов могут быть поляризованы встречно, а другого — в одном направлении, что позволяет уменьшить рабочую частоту возбуждения преобразователя.

Кроме того двухслойные пьезоэлементы могут состоять из зон с одинаковым и встречным направлениями поляризации слоев, имеющих раздельные электроды, что обеспечивает реверс движения якоря.

На фиг.1 представлен преобразователь с четырьмя секциями; на фиг,2 высокочастотный.преобразователь т на фиг.3 — низкочастотный преобразователы на фиг ..4 — реверсивный преобразователь.

Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение содержит секции выполненные в виде двухслойных пьезо575790 элементов, которые к якорю 2 прижаты прижимным устройством 3. Якорь 2 может быть прямоугольйым (фиг.l, 4) или ленточным (фиг ° 2, 3) . Секции 1 с помощью элементов крепления 4 закреплены в корпусе 5, причем элементы крепления 4 могут одновременно являться и прижимным устройством 3. Для уменьшения износа соприкасающихся частей секции 1 и якоря 2 на них нанесены износостойкие покрытия 6. С помощью выводов пьезоэлементы секции 1 подключены к источнику возбуждения преобразователя. Включение преобразователя показано на фиг.l, 4.

Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение работает следующим образом.

При подаче переменного электрического сигнала на пьезоэлементы секций 1 возбуждаются близкие к резонансHblM продольные и изгибные акустические колебания. Причем резонансные частоты продольных и изгибных колебаний несколько смещены по отношению к частоте источника возбуждения.

Благодаря этому получен сдвиг фаз между продольной и поперечной деформациями пьезоэлемента, и точки на поверхностях секций 1 движутся по

30 злиптическим траекториям. Следовательно, точки на поверхности секций

1 будут периодически входить в зацепление с якорем 2 и протягивать erо, а потом выходить из контакта с якорем 2 и возвращаться в исходное сос тояние. При этом якорь 2 движется в одну сторону. По такому принципу работают все преобразователи, показанные на фиг.l, 2, 4, котор.е отлича- 40 ются только способом возбуждения и типом возбуждения колебаний.

В преобразователе (фиг.1) в двухслойных пьезоэлементах секций 1 возбуждаются и продольные и изгибные Ко 45 лебания, что достигается поляризацией зон пьезоэлемента во взаимопротивоположных направлениях.

Уменьшение габаритов преобразователя в пьезоэлементах происходит благодаря возбуждению высокочастотных продольных и сдвиговых акустических колебаний (фиг.2). Для этого слои пьезоэлементов поляризуют в двух взаимнсперпендикулярных направлениях.

Чтобы уменьшить рабочую частоту возбуждения пьезоэлектрического преобразователя в одном двухслойном пьезоэлементе возбуждаются только колебания изгиба а в другом — тслько про1

1 60 дольные акустические колебания (фиг. 3!

Для этого слои одного из пьезоэлег ментов поляризованы встречно, а другого — в одном направлении. В таком преобразователе, в отличие от остальных, один пьезоэлемент (изгибный) 65 осуществляет зацепление с якорем, а другой (продольный) — протягивает яко ь.

Ы я получения реверса перемещения якоря пьезоэлектрический преобразователь разбивают на эоны с одинаковым и встречным направлениями поляризации слоев, имеющих раздельные электроды.

Переключение пары выводов от одной иэ зон обеспечивает реверс перемещения якоря (фиг.4). При этом изменяется сдвиг фаз между двумя типами возбуждаемых колебаний на 180, и защемление с якорем происходит при дви-. жении точек на поверхности пьезоэлементов в противоположную сторону, Использование предложенного пьезоэлектрического преобразователя в качестве исполнительного устройства позволяет устранить зависимость развиваемого усилия от положения якоря по отношению к электромагниту и, как следствие, повышение энергопотребления. У пьезоэлектричеркого преобразователя усилие, развиваемое якорем, постоянно, поэтому требуется меньшая мощность на его возбуждение.

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение, состоящий из акустически не связанных секций, отли чающий сятем,,что,с целью увеличения КПД и механической мощности преобразователя, каждая секция выполнена в виде двухслойного пьезоэлемента, выводы от электродов которой подключены к источнику воз.буждения.

2. Преобразователь по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что слои пьезоэлементов каждой секции поляризованы в двух взаимноперпендикулярных направлениях.

3. Преобразователь по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что слои одного пьезоэлемента поляризованы встречно, а другого — в одном направлении.

4. Преобразователь по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что двухслойные пьезоэлементы состоят из зон с одинаковым и встречным направлениями поляризации слоев, имеющих раздельные электроды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1 ° Авторское свидетельство СССР

М 396713, G ll В 15/60, 1973.

2. Заявка Р 2051482, Н 01 Ь 41/10, 1974, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

3, Авторское свидетельство СССР

9 353273, кл. G 11 В 15/43, 1972.

575790 б Щ г 4

Составитель E.Àðòàìoíîâà

Редактор И.Марховская Техред 3. Фанта Корректор A.Êðàâ÷åíêî

Закаэ 4051/41 Тираж 815 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4