WikiDer > Пьезоэлектрический двигатель

Piezoelectric motor
Внутренности пьезоэлектрического мотора с подвижным стержнем. Видны два пьезоэлектрических кристалла, которые обеспечивают механический крутящий момент. [1]

А пьезоэлектрический двигатель или пьезо мотор это тип электрический двигатель на основе изменения формы пьезоэлектрический материал когда электрическое поле применены. Пьезоэлектрические двигатели используют обратный пьезоэлектрический эффект пьезоэлектрических датчиков, в которых деформация или вибрация пьезоэлектрического материала создает электрический заряд. Электрическая цепь издает акустические или ультразвуковой колебания в пьезоэлектрическом материале, которые вызывают линейный или вращающийся движение. В одном механизме удлинение в одной плоскости вызывает серию растяжений и удержаний положения, аналогично тому, как гусеница движется. [2]

Текущий дизайн

Привод со скользящей рукояткой.

В технике одного привода используется пьезокерамика для толкания статор. Эти пьезоэлектрические двигатели используют три группы кристаллов - две запирание, и один мотив который постоянно подключается либо к корпусу двигателя, либо к статору (но не к обоим сразу). Группа мотивов, зажатая между двумя другими, обеспечивает движение. Эти пьезоэлектрические двигатели принципиально шаговые двигатели, причем каждый шаг состоит из двух или трех действий в зависимости от типа блокировки. Эти двигатели также известны как дюймовые червячные двигатели. Другой механизм использует поверхностные акустические волны (SAW) 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 прямого привода.

Механизмы блокировки

Пьезоэлектрический двигатель первого типа может работать без питания одним из двух вариантов: нормально заблокирован или обычно бесплатно. Когда на нормально заблокированный двигатель не подается питание, шпиндель или перевозки (для поворотного или линейного типов соответственно) не перемещается под внешним сила. 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 максимальный шаг показатель мотора. Неэнергетическое поведение второго типа двигателя заблокировано, так как ведущий винт заблокирован резьбой на гайке. Таким образом, он сохраняет свою позицию при выключенном питании.

Шагающие действия

Пьезоэлектрический мотор-червяк
Рис. 1: Пошаговые этапы Обычно бесплатно мотор

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 запирание кристаллы активируются, чтобы заблокировать одну сторону и разблокировать другую сторону «сэндвича» из пьезокристаллов.
  2. Далее мотив кристаллическая группа запускается и удерживается. Расширение этой группы перемещает разблокированные запирание группа по автомобильной дорожке. Это единственный этап, на котором движется мотор.
  3. Тогда запирание группа сработала в выпусках первой стадии (в нормально блокирующий моторы, в другом срабатывает).
  4. Тогда мотив группа выпускает, убирая "шлейф" запирание группа.
  5. Наконец, оба запирание группы возвращаются к своим состояниям по умолчанию.

Действия с прямым приводом

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 изгибная резонансная частота трубки с резьбой - обычно ультразвуковая частота от 40 кГц до 200 кГц. Это создает орбитальное движение, которое приводит в движение винт.

Скорость и точность

Выращивание и формирование пьезоэлектрических кристаллов - хорошо развитый промышленность, давая очень равномерное и последовательное искажение для заданного применяемого разность потенциалов. В сочетании с мелкой шкалой искажений это дает пьезоэлектрическому двигателю возможность делать очень мелкие шаги. Производители заявляют о точности нанометр масштаб. 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, в которых нельзя использовать традиционные электромагнитные двигатели, например, внутри ядерный магнитный резонанс антенны. Максимальная рабочая температура ограничена Температура Кюри используемой пьезокерамики и может превышать + 250С.

Другой дизайн

Одно действие

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, полиуретан резина), серия угловых пьезоэлектрических преобразователи можно организовать. (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

Первый патент США, раскрывающий двигатель с вибрационным приводом, может быть «Способ и устройство для передачи вибрационной энергии» (Патент США № 3184842, Maropis, 1965). Патент Maropis описывает «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. Киевского политехнического института, СССР. Другие важные патенты на раннем этапе развития этой технологии включают:

Смотрите также

использованная литература

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