Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Внутренняя сторона пьезоэлектрического двигателя с подвижной рукояткой. Видны два пьезоэлектрических кристалла, которые обеспечивают механический крутящий момент. [1]

Пьезоэлектрический двигатель или пьезоэлектрический двигатель представляет собой тип электродвигателя на основе изменения в форме пьезоэлектрического материала , когда электрическое поле прикладывается. Пьезоэлектрические двигатели используют обратный пьезоэлектрический эффект пьезоэлектрических датчиков, в котором деформация или вибрация пьезоэлектрического материала создает электрический заряд. Электрическая цепь создает акустические или ультразвуковые колебания в пьезоэлектрическом материале, которые вызывают линейное или вращательное движение. В одном механизме удлинение в одной плоскости вызывает серию растяжек и удержаний положения, аналогично тому, как движется гусеница .[2]

Текущие дизайны [ править ]

Привод со скользящей рукояткой.

В одной из приводных технологий для толкания статора используется пьезокерамика . В этих пьезоэлектрических двигателях используются три группы кристаллов - две фиксирующие и одна движущая сила, которая постоянно соединяется либо с корпусом двигателя, либо со статором (но не с обоими). Группа мотивов, зажатая между двумя другими, обеспечивает движение. Эти пьезоэлектрические двигатели в основном являются шаговыми двигателями , каждый шаг которых включает два или три действия в зависимости от типа блокировки. Эти двигатели также известны как двигатели с червяком . Другой механизм использует поверхностные акустические волны (ПАВ) для создания линейного или вращательного движения.

Второй тип привода, двигатель с волнистой линией, использует пьезоэлектрические элементы, перпендикулярно соединенные с гайкой. Их ультразвуковые колебания вращают центральный ходовой винт. Это механизм с прямым приводом .

Механизмы блокировки [ править ]

Пьезоэлектрический двигатель первого типа может работать без питания одним из двух вариантов: нормально заблокированный или нормально свободный . Когда к нормально заблокированному двигателю не подается питание, шпиндель или каретка (для поворотного или линейного типов, соответственно) не перемещаются под действием внешней силы . Шпиндель или каретка нормально свободного двигателя действительно свободно движется под действием внешней силы. Однако, если обе группы запирания запитаны в состоянии покоя, обычно свободный двигатель сопротивляется внешней силе, не создавая движущей силы.

Комбинация механических защелок и кристаллов может сделать то же самое, но ограничит максимальную скорость шага двигателя. Неэнергетическое поведение второго типа двигателя заблокировано, так как приводной винт заблокирован резьбой на гайке. Таким образом, он удерживает свою позицию при выключенном питании.

Пошаговые действия [ править ]

Пьезоэлектрический мотор-червяк
Рисунок 1:. Шаговые этапы Обычно Свободный двигатель

Независимо от типа блокировки, пьезоэлектрические двигатели шагового типа - линейные и поворотные - используют один и тот же механизм для создания движения:

  1. Во-первых, одна группа блокирующих кристаллов активируется, чтобы заблокировать одну сторону и разблокировать другую сторону «сэндвича» из пьезокристаллов.
  2. Затем срабатывает и удерживается группа кристаллов мотива . Расширение этой группы перемещает разблокированную запирающую группу по пути двигателя. Это единственный этап, на котором движется мотор.
  3. Затем группа запирания срабатывает на первой ступени срабатывания (в двигателях с нормальной блокировкой - на другой - срабатывает).
  4. Затем группа мотивов отпускает, убирая «замыкающую» группу запирания .
  5. Наконец, обе группы блокировки возвращаются к своим состояниям по умолчанию.

Действия с прямым приводом [ править ]

Пьезоэлектрический двигатель с прямым приводом создает движение за счет непрерывной ультразвуковой вибрации. Его схема управления подает двухканальную синусоидальную или прямоугольную волну на пьезоэлектрические элементы, которая соответствует резонансной частоте изгиба трубки с резьбой - обычно ультразвуковой частоте от 40 кГц до 200 кГц. Это создает орбитальное движение, которое приводит в движение винт.

Скорость и точность [ править ]

Рост и формирование пьезоэлектрических кристаллов - это хорошо развитая отрасль , обеспечивающая очень однородные и последовательные искажения для данной приложенной разности потенциалов . Это, в сочетании с мелкой шкалой искажений, дает пьезоэлектрическому двигателю возможность делать очень мелкие шаги. Производители заявляют о точности до нанометровой шкалы. Высокая скорость отклика и быстрое искажение кристаллов также позволяют ступеням происходить на очень высоких частотах - выше 5 МГц . Это обеспечивает максимальную линейную скорость примерно 800 мм в секунду или почти 2,9 км / ч.

Уникальная способность пьезоэлектрических двигателей заключается в их способности работать в сильных магнитных полях. Это расширяет их полезность для приложений, которые не могут использовать традиционные электромагнитные двигатели, например, внутри антенн ядерного магнитного резонанса . Максимальная рабочая температура ограничена температурой Кюри используемой пьезокерамики и может превышать + 250С.

Другой дизайн [ править ]

Одно действие [ править ]

Рис. 2: Шаговый двигатель с пьезоэлектрическим храповым механизмом.

Очень простые шаговые двигатели простого действия могут быть изготовлены из пьезоэлектрических кристаллов. Например, с жестким и жестким роторным шпинделем, покрытым тонким слоем более мягкого материала (например, полиуретановой резины), можно установить ряд угловых пьезоэлектрических преобразователей . (см. рис. 2). Когда схема управления запускает одну группу датчиков, они толкают ротор на один шаг. Эта конструкция не может делать шаги такими же маленькими или точными, как более сложные конструкции, но может достигать более высоких скоростей и дешевле в производстве.

Патенты [ править ]

Первым патентом США, раскрывающим двигатель с вибрационным приводом, может быть «Способ и устройство для передачи вибрационной энергии» (патент США № 3184842, Maropis, 1965). В патенте Maropis описывается «вибрационное устройство, в котором продольные колебания в резонансном соединительном элементе преобразуются в крутильные колебания в резонансном оконечном элементе тороидального типа». Первые практические пьезомоторы были спроектированы и изготовлены В. Лавриненко в лаборатории пьезоэлектроники с 1964 г. в Киевском политехническом институте, СССР. Другие важные патенты на раннем этапе развития этой технологии включают:

  • «Электродвигатель», В. Лавриненко, М. Некрасов, Патент СССР № 217509, приоритет 10 мая 1965 г.
  • «Пьезоэлектрические моторные конструкции» (Патент США № 4019073, Вишневский и др., 1977).
  • "Пьезоэлектрический крутильный вибрационный двигатель" (патент США №4,210,837, Васильев и др., 1980).

См. Также [ править ]

  • Ультразвуковой мотор
  • Ультразвуковой привод двигателя, используемый в байонете Canon EF
  • Ультразвуковой гомогенизатор

Ссылки [ править ]

  1. ^ attocube ротатор ANR101
  2. ^ attocube . «Принцип работы позиционеров attocube» .