П'єзоелектричні двигуни. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

П'єзоелектричні двигуни. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Електрика для початківців

Коментарі до статті

П'єзоелектричний двигун (ПД) називається електричний двигун, в якому механічне переміщення веденого органу (ротора або якоря) здійснюється за рахунок п'єзоелектричного ефекту.

Перше, що в них приваблює – відсутність індукційних обмоток, виготовлених, як правило, з мідного або алюмінієвого дроту та спеціального наборного осердя. Робочим елементом у яких є п'єзоелектрична кераміка.

Здавалося б, достатньо порушити п'єзоелемент змінною електричною напругою і, використовуючи відомі механічні засоби, перетворити коливання п'єзоелемента на обертальний рух робочого органу. Але, хоча цей принцип простий, його важко реалізувати для частот і амплітуд коливань п'єзоелемента, які на практиці.

В одному з варіантів ПД запропоновано за допомогою трифазного електричного поля вигинати п'єзоелемент одночасно в трьох площинах так, щоб його кінець, поступово переміщаючись, описував кругову траєкторію (рис.1).

П'єзоелектричні двигуни

На рухомому кінці розташовувався штир 1, який фрикційно взаємодіяв з ротором 2, приводячи його в обертання. Практичного застосування цей принцип не набув.

Більше практичного застосування отримали крокові ПД. У цих двигунах (рис.2) камертон або консольно закріплений п'єзоелемент передає коливальний рух стрижня 2, який переміщає ротор 3 на один зуб.

П'єзоелектричні двигуни

Під час руху стрижня у зворотному напрямку собачка 4 фіксує положення ротора 3. Простішим варіантом цього ПД є двигун (рис.3,а), що складається з п'єзоелектричного елемента 1, виконаного у вигляді прямокутної пластини, яка одним кінцем притискається зовнішньою силою до поверхні ротора 2 .При електричному збудженні п'єзоелемента цей кінець, як лопата весла, переміщається по замкнутій траєкторії, періодично віддаючи імпульс руху ротору. Докладніше його конструкція показана на рис.3,б. На підставі статора 1 встановлені п'єзоелемент 2 і 3 підшипники. Ротор 4 зазвичай виконується з твердих матеріалів (сталь, кераміка). Елемент притиску 7 може бути виконаний у вигляді плоскої сталевої пружини, кінець якої через прокладку еластичну 8 тисне на кінець п'єзоелемента 2. Для зміни сили притиску встановлений регулювальний гвинт 9.

П'єзоелектричні двигуни

Швидкість обертання ротора у цій системі визначається максимально допустимою амплітудою усунення п'єзоелемента або його перегрівом. При перегріві вище точки Кюрі п'єзоелектричні властивості губляться. Більшість промислових матеріалів температура Кюрі перевищує 250°З, тому максимальна амплітуда зміщення обмежується межею міцності матеріалу. Для матеріалу ТБК-3 гранично допустима лінійна швидкість Vл становить 1,5 м/с. З урахуванням дворазового запасу за міцністю приймемо Vл = 0,75 м/с. Частота обертання ротора ПД становить n = 60Vл/πD (хв-1). Для D = 0,5 см n = 3000 хв-1, для D = 5 см відповідно n = 300 хв-1. Таким чином, змінюючи лише діаметр ротора ПД, можна перекрити широку область частот обертання валу ПД. Зменшення напруги живлення дозволяє знизити частоту обертання до 30 хв-1 за збереження досить високої потужності на валу на одиницю маси.

p align="justify"> Важливою характеристикою ПД, що дозволяє порівнювати їх з іншими електродвигунами є коефіцієнт корисної дії (ККД). Оцінка цього параметра для ПД дуже складна, оскільки ККД залежить від конструкції ПД, сили та кута притиску, кута контакту, матеріалу ротора та зносостійкої прокладки, робочої частоти.

Для описаного вище ПД з торцевим кріпленням п'єзоелементу було досліджено залежність ККД від моменту на валу М (рис.4, а), від сили притиску. (рис.4,б) та від частоти збудження f (рис.4,в). Максимальний ККД залежить від матеріалу п'єзоелемента, наприклад, для ПКР-10 отримано рекордний ККД 85%. Нині існує понад 50 різних конструкцій ПД.

П'єзоелектричні двигуни

Однією з найважливіших переваг ПД є можливість отримати дуже малі переміщення ротора. Наприклад, деякі зразки ПД, мають частоту обертання 0,2-6 об/c, при подачі одиночного імпульсу дають кутове переміщення ротора 1/3000000 від величини кола, тобто. 0,4 кутових секунди. Крім того, ПД допускають керування безпосередньо від комп'ютера. Завдяки тому, що габарити та вага ПД у 3-5 разів менше, ніж у звичайних електродвигунів, їх можна використовувати у відеокамерах, приводах магнітних та лазерних дисків, у наукових дослідженнях.

Дивіться інші статті розділу Електрика для початківців.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі 01.05.2024

Все частіше ми чуємо про збільшення кількості космічного сміття, що оточує нашу планету. Однак не тільки активні супутники та космічні апарати сприяють цій проблемі, а й уламки старих місій. Зростання кількості супутників, які запускає компанії, як SpaceX, створює не тільки можливості для розвитку інтернету, але й серйозні загрози для космічної безпеки. Експерти тепер звертають увагу на потенційні наслідки для магнітного поля Землі. Доктор Джонатан Макдауелл з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики підкреслює, що компанії стрімко розвертають супутникові констеляції, і кількість супутників може зрости до 100 000 наступного десятиліття. Швидкий розвиток цих космічних армад супутників може призвести до забруднення плазмового середовища Землі небезпечними уламками та загрози стійкості магнітосфери. Металеві уламки від використаних ракет можуть порушити іоносферу та магнітосферу. Обидві ці системи відіграють ключову роль у захисті атмосфери і підтримують ...>>

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Випадкова новина з Архіву

Терміти-геологи 08.11.2007

Близько 30 років тому в пісках африканської пустелі Калахарі геологи виявили скупчення піщинок з мінералу ільменіту. Цей мінерал уражає кімберлітових порід, а кімберліт, як відомо, містить алмази. Зараз на цьому місці одна із найбагатших алмазних розробок світу.

Але як ільменіт міг потрапити на поверхню з-під товщі піску за кілька десятків метрів? Його винесли терміти. Будуючи свої житла, ці комахи змушені проникати глибоко в ґрунт, де є волога глина, з якої вони й створюють термітники. "Термітник - це вивернена назовні розвідувальна свердловина", - каже канадський геолог Джон Норе, який вивчає мінералогічний склад африканських термітників.

Подібні дослідження ведуться і в Австралії, в пустелі Танамі, на півночі континенту. Лише один відсоток пустелі не покритий піском, і на цьому "п'ятачку" знайшли велике родовище золота. Бурити навмання навколишні піски, під якими, можливо, теж є цінні поклади, надто дорого.

Австралійські геологи висвердлюють проби матеріалу з термітників та аналізують їх на вміст золота, а також хрому, титану та миш'яку, які бувають асоційовані із золотом. Іноді комахи виносять з-під піску навіть частинки золота, оскільки цей м'який метал піддається їх міцним щелепам.

Інші цікаві новини:

▪ Нові 14-вивідні Flash мікроконтролери

▪ Windows-ПК без системного блоку

▪ Добриво з відходів кисломолочних бактерій

▪ Чоловіки та жінки бачать різні сни

▪ Контролер NZXT RGB & Fan Controller

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Вузли радіоаматорської техніки. Добірка статей

▪ стаття Професійне весільне фото. Питання та відповіді. Мистецтво відео

▪ Як виглядала політична карта Європи у раннє Середньовіччя (кінець V-середина ХІ ст.)? Детальна відповідь

▪ стаття Лікар-акушер-гінеколог. Посадова інструкція

▪ стаття Комплектація вітроелектричних установок. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Транзистори польові. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт