Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое пьезоэлектрический двигатель

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Что такое пьезоэлектрический датчик – как он работает, области применения

Что такое пьезодатчик и зачем он нужен

Пьезо – это греческий термин, обозначающий «пресс» или «сжатие». Пьезоэлектричество (также называемое пьезоэлектрическим эффектом) – это наличие электрического потенциала по бокам кристалла, когда механическое напряжение прикладывается путем его сжатия. В работающей системе кристалл действует как крошечная батарея с положительным зарядом на одной стороне и отрицательным зарядом на противоположной стороне. Чтобы сформировать целостную цепь, две грани соединены вместе, и через эту цепь проходит ток.

В качестве примера пьезоэффекта можно вспомнить зажигалки. В них генерируется электрический импульс из-за силы, возникающей при внезапном воздействии спускового механизма на материал внутри.

Эффект пьезоэлектричества обратимый. Всякий раз, когда электрическое поле прикладывается к клеммам кристалла, пьезодатчик испытывает механическое напряжение, что приводит к изменению формы. Это известно как обратный пьезоэлектрический эффект.

Такой эффект можно наблюдать в кварцевых часах. В повседневной работе наручные часы используют кварцевый резонатор, который работает как генератор. Используемый элемент – диоксид кремния. Когда на кристалл подается электрический сигнал, кристалл вибрирует, что помогает периодически регулировать механизм внутри часов. Также хорошим примером являются пьезо-зуммеры. В данном случае определенное количество напряжения со значением величины и частоты прикладывается к кристаллу, что заставляет кристалл вибрировать. Вибрация превращается в звук.

Когда датчик работает по принципу пьезоэлектричества, он называется пьезоэлектрическим датчиком. Пьезоэлектричество – это явление, при котором электричество генерируется, если к материалу прикладывается механическое напряжение. Датчик, который использует пьезоэлектрический эффект для измерения изменений ускорения, деформации, давления и силы путем преобразования их в электрический заряд, называется пьезоэлектрическим датчиком. Это произведенное пьезоэлектричество пропорционально напряжению, приложенному к подложкам из прочного пьезоэлектрического кристалла.

Когда к пьезоматериалу применяется давление или ускорение, на гранях кристалла генерируется эквивалентное количество электрического заряда. Электрический заряд будет пропорционален приложенному давлению. Пьезоэлектрический датчик нельзя использовать для измерения статического давления. При постоянном давлении выходной сигнал будет нулевым. Работу пьезоэлектрического датчика можно обобщить следующим образом.

  1. В пьезоэлектрическом кристалле заряды точно сбалансированы и находятся в несимметричном расположении.
  2. Эффект зарядов компенсируется друг с другом, и, следовательно, на поверхностях кристаллов не будет обнаружено никакого чистого заряда.
  3. Когда кристалл сжимается, заряд в кристалле становится неуравновешенным.
  4. Следовательно, отныне влияние заряда не взаимно компенсируется, что приводит к появлению чистого положительного и отрицательного заряда на противоположных гранях кристалла.
  5. Поэтому, сжимая кристалл, напряжение создается на противоположной стороне, и это известно как пьезоэлектричество.

Схема пьезоэлектрического датчика показана далее. Она состоит из внутреннего сопротивления Ri, которое также известно как сопротивление изолятора. Дроссель генерирует индуктивность из-за инерции датчика. Значение емкости Се обратно пропорционально упругости материала датчика. Для получения полного отклика датчика сопротивление нагрузки и утечки должно быть достаточно большим, чтобы поддерживать низкую частоту.

Пьезоэлектрические датчики используются для измерения динамического давления. Измерение динамического давления предусматривается в таких областях, как измерение турбулентности, сгорания в двигателя и т. д. Изменения давления жидкостей и газов при измерениях давления в цилиндрах гидравлического процесса можно измерять с помощью пьезорезистивных датчиков давления.

Когда сила прикладывается к пьезоэлектрической диафрагме, она генерирует электрический заряд на гранях кристалла. Выход измеряется как напряжение, которое пропорционально приложенному давлению.

Эффект применяется и в ультразвуковых датчиках. Ультразвуковые датчики генерируют ультразвуковые волны. Это свойство применяется, например, в медицине. Звуковые волны передаются через ткани тела. Волны отражаются назад, чтобы создать образ ткани. Это принцип работы ультразвуковой системы визуализации. При этом пьезоэлектрические кристаллы прикрепляются к передней части преобразователя, что помогает генерировать ультразвуковые волны. Электроды действуют как связующий узел между кристаллами и машиной. Когда электрический сигнал подается на кристалл, он из-за вибрации генерирует ультразвуковую волну с частотами от 1,5 до 8 МГц.

Помимо этого пьезоэлектрический датчик используется в датчиках детонации двигателя, датчиках давления, в дизельных топливных инжекторах, оптической настройке, ультразвуковой очистке и сварке, в музыкальных инструментах и приборах, таких как звукосниматели и микрофоны и т.п.

Пьезоэлектрические модули для активного охлаждения

Mide PFN-1011 PFN-1012

Компания Mide уже не один раз удивляла разработчиков необычными приложениями для своих уникальных пьезоэлектрических технологий. Среди продуктов компании есть пьезоэлектрические сборщики энергии механических вибраций, тактильные сенсоры, актюаторы и различные датчики. Данная статья посвящена еще одной очень интересной разработке Mide – пьезоэлектрическим модулям для активного охлаждения, которые способны работать там, где применение обычных вентиляторов невозможно.

Рис. 1.Пьезоэлектрические модули для активного
охлаждения от компании Mide.

Прямой и обратный пьезоэффекты давно известны и хорошо изучены. Прямой пьезоэффект заключается в формировании электрических потенциалов на поверхности пьезоэлектрика при механических воздействиях. Обратный пьезоэффект выражается в возникновении деформации пьезоэлектрика под влиянием внешнего электрического поля.

Спектр приложений пьезоэлектриков достаточно широк: от зажигалок до кварцевых резонаторов и динамиков. Тем не менее, компания Mide предлагает новые, совершенно необычные приложения для пьезоэлектриков.

В новостной ленте УНИТЕРЫ уже не раз появлялись статьи с описанием датчиков и сборщиков энергии вибрации от Mide. Данная статья посвящена пьезоэлектрическим модулям для активного охлаждения. И это не ошибка, речь идет именно о системах активного охлаждения! Здесь мы имеем как раз тот случай, когда лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать (Рис. 2). Пьезоэлектрический модуль представляет собой многослойную пластину, внутри которой помещен пьезоэлектрик. При воздействии на него переменного электрического поля он начинает деформироваться и изгибаться. Если один из концов модуля закрепить, то его движение напоминает работу хвостового плавника рыбы. При этом происходит естественное нагнетание воздуха.

Читать еще:  Двигатель rotax 912 uls характеристики
Рис. 2.Демонстрация системы активного охлаждения на базе
модулей от Mide.

Пьезоэлектрический модуль имеет многослойную герметичную конструкцию, созданную по технологии Piezo Protection Advantage (PPA) (Рис. 3). Непосредственно сам пьезоэлектрик помещен между проводящими слоями медной фольги и защитными листами стеклотекстолита FR-4. Текстолит защищает весь модуль от влаги, пыли и прочих негативных воздействий окружающей среды.

Рис. 3.Конструкция пьезоэлектрических модулей Mide.

Естественно, что у любого здравомыслящего инженера может возникнуть вопрос: зачем нужно изобретать велосипед, если есть обычные вентиляторы? И здесь стоит признать, что во множестве приложений вентиляторы были и останутся вне конкуренции. Вместе с тем существуют случаи, когда их применение будет ограничено. Например, вентиляторы имеют в своей конструкции подвижные части (подшипники), что требует периодического технического обслуживания. Всегда ли есть возможность такое обслуживание проводить? Ответ очевиден – нет, не всегда. При этом, если установка вентилятора невозможна, то остается единственный выход – увеличивать размеры радиатора пассивного охлаждения, что естественно приводит к росту габаритов.

Еще один минус вентиляторов – невозможность работать в условиях повышенной запыленности или в условиях агрессивных сред. Причина этого остается той же – сложно защитить подвижные механизмы (подшипники) от загрязнения и быстрого выхода из строя. Также применение вентиляторов ограничено при высокой влажности.

Пьезоэлектрические модули Mide лишены перечисленных недостатков. А их преимуществами являются:

  • отсутствие подвижных механических частей;
  • срок службы более 15 лет;
  • защищенная конструкция, позволяющая работать в условиях повышенной запыленности, высокой влажности, солевого тумана, агрессивных сред;
  • возможность работы в широком диапазоне температур –55…+125 °C;
  • простая схема включения и возможность работы от бытовой электросети 240/120 В;
  • отсутствие высокого уровня вносимых помех.

Сейчас к услугам разработчиков предлагается два типа модулей, которые имеют примерно равные характеристики и отличаются главным образом типом используемой электрической сети (Рис. 4):

PFN-1011 – пьезоэлектрический модуль, предназначенный для европейского рынка и работающий в сетях 240 В/50 Гц.

PFN-1012 – пьезоэлектрический модуль, предназначенный для американского рынка и работающий в сетях 120 В/ 50 Гц.

С точки зрения российского рынка больший интерес представляет модуль PFN-1011. Он обеспечивает воздушный поток 4.8 л/с (17.33 м 3 /ч) и имеет потребление 0.77 Вт.

Рис. 4.Внешний вид пьезоэлектрических модулей Mide.

Схема включения PFN-1011 достаточно проста и требует всего нескольких дополнительных компонентов (Рис. 5).

Рис. 5.Схема включения PFN-1011 в сеть 240 В/ 50 Гц.

Теперь, когда основные преимущества перечислены, можно судить о перспективности применения новых модулей. Интересный анализ сделал Крис Людлов (Chris Ludlow), который выделил пять наиболее перспективных приложений для пьезоэлектрического активного охлаждения.

Оборудование для связи.
В этой сфере активно применяются громоздкие пассивные системы охлаждения. Использование вентиляторов не приветствуется из-за недостаточно высокой надежности (особенно для уличных приложений). Новые модули пьезоэлектрического охлаждения позволят значительно снизить габариты за счет ухода от громоздких радиаторов.

Системы светодиодного освещения.
В них практически всегда используется пассивное охлаждение, так как вентиляторы имеют высокий уровень шума и требуют постоянного обслуживания. Из-за невысокой эффективности радиаторов разработчики вынуждены использовать светодиоды не на 100% и увеличивать их количество. Если применить пьезоэлектрическое охлаждение, то можно повысить теплообмен и уменьшить число светодиодов.

Авиационная и космическая электроника.
В этих приложениях вентиляторы не используют из-за малой надёжности при работе в жестких условиях окружающей среды (пыль, влажность, песок и т.д.). Применение громоздких и тяжелых радиаторов, при этом, становится неизбежным злом. Установив пьезоэлектрическое охлаждение, можно выиграть драгоценные килограммы для другого полезного груза.

Медицинская электроника и магнитно-резонансная томография (МРТ).
Каждый, кто хоть раз бывал в кабинете МРТ, замечал, что там всегда достаточно свежо. Причина этого в том, что чувствительная электроника должна работать в условиях стабильной температуры. При этом использование вентиляторов невозможно из-за создаваемых электромагнитных помех. Пьезоэлектрические модули в отличие от двигателей вентиляторов не используют переменного электромагнитного поля и не создают помех.

Электроника для военной отрасли.
Такие системы требуют сохранения работоспособности при температурах –55…+125 °C, что абсолютно не является проблемой для новых модулей.

Пьезоэлектрическое охлаждение может применяться и для других областей (автомобильная электроника, лабораторное чувствительное измерительное оборудование и т. д.).

Как было показано выше, электрическая схема включения пьезоэлектрических модулей достаточно проста. Механически система также не выглядит сложной. Для того, чтобы не тратить время на разработку собственных блоков и конструктива, имеет смысл воспользоваться отладочными наборами: PFN-9001 или PFN-9002.

PFN-9001 – отладочный набор, представляющий собой законченную пьезоэлектрическую систему охлаждения (Рис. 6). В комплект поставки входит пьезоэлектрический модуль PFN-1011, блок питания, радиатор с монтажными частями и стойка для установки модуля. Набор предназначен для работы с бытовой сетью 240 В/50 Гц.

PFN-9002 – отладочный набор, аналогичный PFN-9001, но предназначенный для американского рынка для работы с бытовой сетью 120 В/50 Гц.

Рис. 6.Отладочный набор PFN-9001.

С помощью этих наборов можно быстро изучить все возможности новых модулей, например, эффективность их работы. В качестве примера на Рис. 7 представлены результаты тестов при включенном и отключенном активном пьезоэлектрическом охлаждении. Несложно заметить, что при использовании модулей температура на целых 75 °С ниже!

Пьезогенераторы. Устройство и работа. Особенности и применение

С развитием технологий человечество начинает расходовать все меньше энергии понапрасну. Появились солнечные панели, ветровые электростанции, солнечные концентраторы, пьезогенераторы, суперконденсаторы и иные устройства, которые помогают людям получать альтернативную энергию и сохранять ее. Большинство из этих устройств уже используются в повседневной жизни.

Читать еще:  Шаговый двигатель холостой ход обороты

Но наука не стоит на месте, в скором времени можно будет получать энергию с помощью повседневных и малозначительных движений. Это можно будет сделать при помощи пьезогенераторов. Ее вполне хватит, чтобы быстро зарядить телефон или плеер. Могут появиться и такие пьезогенераторы, которые будут подзаряжать, к примеру, наручные часы при помощи возбуждения, которое передается сердцебиением.

Устройство

В последние годы было создано несколько опытных образцов пьезогенераторов для различного применения. Они могут быть объединены в два различных класса, которые отличаются по типу колебаний, продольных и поперечных .

Пьезогенератор, работающий по продольной схеме колебаний. В данном устройстве одиночный пьезоэлемент монтируется в подкладку обуви, он позволяет генерировать определенную мощность энергии при быстром передвижении, к примеру, при беге человека. Данное устройство изобретено в техническом университете Луизианы и был выполнен в виде специального спирального пластинчатого пьезоэлемента.

На данный момент обеспечить надежность и долговечность подобного устройства затруднительно в виду хрупкости пьезокерамического материала. Однако данная идея может оказаться продуктивной при использовании гибких пьезополимерных пластин. Но подобные материалы на данный момент находятся на стадии исследований.

Не менее перспективны пьезогенераторы, работающие на изгибных колебаниях. Они также могут отличаться своей конфигурацией и конструктивным исполнением.

Для источников питания сравнительно большой мощности созданы опытные образцы макропьезогенераторов самых разных конструкций. К самым продвинутым разработкам подобного класса устройств можно отнести экспериментальную систему накопителей энергии, созданную на основе пьезогенераторов, которые вмонтированы в настил пола у билетных терминалов на входе в станции метро Marunouchi (Токио).

Известно устройство взрывного пьезогенератора, который включает:
  • Устройство инициирования:
  • Генератор ударной волны:
  • Пьезоэлектрический преобразователь, выполненный из набора пьезопластин, соединенных параллельно:
  • Электроды, которые нанесены на противоположные грани пьезопластин, расположены перпендикулярно выходной поверхности генератора ударной волны:
  • Блок пьезопластин размещен в цилиндрический объем, у которого торцевая часть совпадает с поверхностью генератора ударной волны:
  • Генератор ударной волны выглядит как аксиально симметричная конструкция, она выполнена из слоя взрывчатого вещества, конического алюминиевого лайнера и конической алюминиевой крышки.
Принцип действия

Пьезоэффект, который применяется в пьезогенераторах, заключается в том, что в устройстве имеется специальный диэлектрик, к которому прикладываются механические напряжения. В результате диэлектрик на двух разных концах создает разницу потенциалов. В итоге, создавая давление на подобный пьезоэлемент, можно на выходе получить электрическое напряжение определенной величины.

Пьезоэффект также может вызывать и обратное преобразование, то есть обеспечить превращение электрической энергии в механическую, к примеру, для создания звуковых излучателей. По типу применяемого соотношения между вектором поляризации пьезоэлемента и направлением механических колебаний пьезогенераторы можно разделить на классы с поперечным и продольным направлением механического воздействия.

Если рассматривать физику процессов, которые происходят в пьезоэлектрике, подробней, то все выглядит довольно просто. Для этого нужно только понимать принципы генерации энергии пьезоэлектрическими материалами:
  • При механическом воздействии на пьезоэлемент наблюдается смещение атомов в его материале, то есть в несимметричной кристаллической решетке.
  • Данное смещение приводит к появлению электрического поля, которое приводит к индукции зарядов на электродах пьезоэлемента.

В отличие от стандартного конденсатора, обкладки которого способны сохранять заряды весьма долго, индуцированные заряды пьезогенератора сохраняются до момента, пока не перестает действовать механическая нагрузка. Именно в течение данного периода от элемента можно получать энергию. Как только нагрузка снимается, индуцированные заряды исчезают.

Явление пьезоэлектричества открыто братьями Пьером и Джексоном Кюри в 1880 году, с того времени оно широкое распространение в измерительной технике и радиотехнике. Термин «пьезогенераторы» характеризует лишь направление преобразования энергии, а не эффективность превращения. Именно с явлением, связанным с генерацией электричества в случае механического воздействия, заинтересовались инженера и изобретатели в последние годы.

Начали появляться сообщения о возможностях получения электрической энергии при помощи воздействия разной механической энергии:
  • Движение волн и ветра.
  • Воздействие уличного шума.
  • Нагрузки от перемещения машин и людей.
  • Сердцебиение и так далее.

На основе всех этих вариантов стали придумываться различные изобретения. Многие из них уже нашли применение, а некоторые на данный момент находятся в планах, так как технологии не достигли требуемого уровня.

Применения и особенности
На текущий момент известно несколько вариантов практического применения пьезогенераторов в:
  • Пьезозажигалках с целью высокого напряжения на специальном разряднике от движения пальца. Сегодня любой курильщик может носить в кармане собственную «электростанцию».
  • Качестве чувствительного элемента в приемных элементах сонаров, микрофонах, головках звукоснимателя электрофонов, гидрофонах.
  • Контактном пьезоэлектрическом взрывателе, к примеру, к выстрелам гранатомета РПГ-7.
  • Датчиках в виде чувствительного к силе элемента, к примеру, датчиках давления газов и жидкостей, силоизмерительных датчиках и так далее.
Обратный пьезоэлектрический эффект может применяться в:
  • Пьезокерамических излучателях звука, к примеру, музыкальные открытки, всевозможные оповещатели, которые используются в самых разных бытовых устройствах от стандартных наручных часов до техники на кухне.
  • Системах сверхточного позиционирования, к примеру, позиционер перемещения головки винчестера, в сканирующем туннельном микроскопе в системе позиционирования иглы.
  • Излучателях гидролокаторов (сонарах).
  • Ультразвуковых излучателях для ультразвуковой гидроочистки (промышленные ультразвуковые ванны, ультразвуковые стиральные машины).
  • Пьезоэлектрических двигателях.
  • Струйных принтерах для подачи чернил.
  • Адаптивной оптике с целью изгиба отражающей поверхности деформируемого зеркала.
Обратный и прямой эффект пьезогенераторов одновременно используются в:
  • Датчиках на специальных поверхностных акустических волнах.
  • Ультразвуковых линиях задержки специальных электронной аппаратуры.
  • Приборах на эффекте специальных поверхностных акустических волн.
  • Пьезотрансформаторах с целью изменения напряжения высокой частоты.
  • Кварцевых резонаторах, применяемых в качестве эталона частоты.

Большинство из применяемых пьезогенераторов вырабатывают небольшой ток. Отдельные пьезоэлементы могут генерировать высокое напряжение, которое пробивает разрядный промежуток, затем ток поступает на выпрямитель, после чего в накопительное устройство, к примеру, ионистор.

Читать еще:  Hyundai i30 тюнинг двигателя

Ультразвуковой двигатель

Ультразвуково́й дви́гатель (Ультразвуковой мотор, Пьезодвигатель, Пьезомагнитный двигатель, Пьезоэлектрический двигатель), (англ. USM — Ultra Sonic Motor, SWM — Silent Wave Motor, HSM — Hyper Sonic Motor, SDM — Supersonic Direct-drive Motor и др.) — двигатель, в котором рабочим элементом является пьезоэлектрическая керамика, благодаря которой он способен преобразовать электрическую энергию в механическую с очень большим КПД, превышающим у отдельных видов 90 %. Это позволяет получать уникальные приборы, в которых электрические колебания прямо преобразуются во вращательное движение ротора, при этом крутящий момент, развиваемый на валу такого двигателя столь велик, что исключает необходимость применения какого-либо механического редуктора для повышения крутящего момента. Также данный двигатель обладает выпрямительными свойствами гладкого фрикционного контакта. Эти свойства проявляются и на звуковых частотах. Такой контакт является аналогом электрического выпрямительного диода. Поэтому ультразвуковой двигатель можно отнести к фрикционным электромоторам.

Содержание

  • 1 История создания и применения
  • 2 Конструкция
  • 3 Принцип работы линейного пьезодвигателя, работающего на периодическом зацеплении
  • 4 Принцип работы пьезодвигателя вращения, работающего на трении
  • 5 Преимущества пьезодвигателей
  • 6 Применение
  • 7 См. также
  • 8 Литература
  • 9 Ссылки
  • 10 Примечания

История создания и применения [ править ]

В 1947 году были получены первые керамические образцы титаната бария и, уже с этого времени производство пьезоэлектрических моторов стало теоретически возможным. Но первый такой мотор появился лишь спустя 20 лет. Изучая пьезоэлектрические трансформаторы в силовых режимах, сотрудник Киевского политехнического института В. В. Лавриненко обнаружил вращение одного из них в держателе. Разобравшись в причине этого явления, он в 1964 году создаёт первый пьезоэлектрический мотор вращения, а вслед за ним и линейный мотор для привода реле [1] [2] . За первым мотором с прямым фрикционным контактом он создаёт группы нереверсивных моторов [3] с механической связью пьезоэлемента с ротором через толкатели. На этой основе он предлагает десятки конструкций нереверсивных моторов, перекрывающих диапазон скоростей от 0 до 10 000 об/мин и диапазон моментов вращения от 0 до 100 Нм. Используя два нереверсивных мотора, Лавриненко оригинально решает проблему реверса. Интегрально на валу одного мотора он устанавливает второй мотор. Проблему ресурса мотора он решает, возбуждая крутильные колебания в пьезоэлементе.

На десятилетия опережая подобные работы в стране и за рубежом, Лавриненко разработал практически все основные принципы построения пьезоэлектрических моторов, не исключив при этом возможность работы их в режиме генераторов электрической энергии.

Учитывая перспективность разработки, Лавриненко совместно с соавторами, помогавшими ему реализовать его предложения, он защищает многочисленными авторскими свидетельствами и патентами. В Киевском Политехническом институте создается отраслевая лаборатория пьезоэлектрических моторов под руководством Лавриненко, организуется первое в мире серийное производство пьезомоторов для видеомагнитофона «Электроника-552». В последующем, серийно производятся моторы для диапроекторов «Днепр-2», кинокамер, приводов шаровых кранов и др. В 1980 году издательство «Энергия» печатает первую книгу по пьезоэлектрическим моторам [4] , к ним появляется интерес. Начинаются активные разработки пьезомоторов в Каунасском политехническом институте под руководством проф. Рагульскиса К. М. [5] . Вишневский В. С., в прошлом аспирант Лавриненко, выезжает в Германию, где продолжает работу по внедрению линейных пьезоэлектрических моторов на фирме PHyzical Instryment. Постепенное изучение и разработка пьезоэлектрических моторов выходит за пределы СССР [6] . В Японии и Китае активно разрабатываются и внедряются волновые двигатели, в Америке — сверхминиатюрные двигатели вращения.

Конструкция [ править ]

Ультразвуковой двигатель имеет значительно меньшие габариты и массу по сравнению с аналогичным по силовым характеристикам электромагнитным двигателем. Отсутствие обмоток, пропитанных склеивающими составами, делает его пригодным для использования в условиях вакуума. Ультразвуковой двигатель обладает значительным моментом самоторможения (до 50 % от величины максимального крутящего момента) при отсутствии питающего напряжения за счёт своих конструктивных особенностей. Это позволяет обеспечивать очень малые дискретные угловые перемещения (от единиц угловых секунд) без применения каких-либо специальных мер. Это свойство связано с квазинепрерывным характером работы пьезодвигателя. Действительно, пьезоэлемент, который преобразует электрические колебания в механические питается не постоянным, а переменным напряжением резонансной частоты. При подаче одного или двух импульсов можно получить очень маленькое угловое перемещение ротора. Например, некоторые образцы ультразвуковых двигателей, имеющие резонансную частоту 2 МГц и рабочую частоту вращения 0,2-6 об/сек, при подаче одиночного импульса на обкладки пьезоэлемента дадут в идеальном случае угловое перемещение ротора в 1/9.900.000-1/330.000 от величины окружности, то есть 0,13-3,9 угловых секунд. [7]

Одним из серьёзных недостатков такого двигателя является значительная чувствительность к попаданию в него твёрдых веществ (например песка). С другой стороны, пьезодвигатели могут работать в жидкой среде, например в воде или в масле.

Принцип работы линейного пьезодвигателя, работающего на периодическом зацеплении [ править ]

На «гибкий» статор (тонкая биморфная пластина, чем тоньше пластина, тем больше амплитуда колебаний и тем ниже частота резонанса) «подается» переменное напряжение высокой частоты, которое вынуждает его производить ультразвуковые колебания, формирующие механическую бегущую волну, которая и толкает (зацепляет) расположенный рядом ротор. При движении влево толкатель — расклинивает, при движении вправо — заклинивает. На этом принципе работают все пьезоэлектрические моторы с толкателями. Увеличивая число толкателей можно создавать моторы с огромными пусковыми моментами.

Простота принципа сложна в реализации. И если обычный электродвигатель можно сделать практически «на коленке», ультразвуковой двигатель с высоким КПД 80-90 % без сложного оборудования не создать. Но если пренебречь КПД (получим 50-60 %) мы можем создать ультразвуковой двигатель в домашних условиях, Для этого в качестве ротора можно взять шарикоподшипник и прижать к нему пьезопластину с согласованными размерами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector