Пьезоэлектрические двигатели. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электричество для начинающих

 Комментарии к статье

Пьезоэлектрическим двигателем (ПД) называется электрический двигатель, в котором механическое перемещение ведомого органа (ротора или якоря) осуществляется за счет пьезоэлектрического эффекта.

Первое, что в них привлекает - отсутствие индукционных обмоток, изготовленных, как правило, из медного или алюминиевого провода и специального наборного сердечника. Рабочим элементом в них является пьезоэлектрическая керамика.

Казалось бы, достаточно возбудить пьезоэлемент переменным электрическим напряжением и, используя известные механические средства, преобразовать колебания пьезоэлемента во вращательное движение рабочего органа. Но, хотя этот принцип прост, его трудно реализовать для частот и амплитуд колебаний пьезоэлемента, которые встречаются на практике.

В одном из вариантов ПД предложено при помощи трехфазного электрического поля изгибать пьезоэлемент одновременно в трех плоскостях так, чтобы его конец, поступательно перемещаясь, описывал круговую траекторию (рис.1).

На подвижном конце располагался штырь 1, который фрикционно взаимодействовал с ротором 2, приводя его во вращение. Практического применения этот принцип не получил.

Большее практическое применение получили шаговые ПД. В этих двигателях (рис.2) камертон или консольно закрепленный пьезоэлемент передает колебательное движение стрежню 2, который перемещает ротор 3 на один зуб.

При движении стержня в обратном направлении собачка 4 фиксирует положение ротора 3. Более простым вариантом этого ПД является двигатель (рис.3,а), состоящий из пьезоэлектрического элемента 1, выполненного в виде прямоугольной пластины, которая одним концом прижимается внешней силой к поверхности ротора 2. При электрическом возбуждении пьезоэлемента этот конец, как лопасть весла, перемещается по замкнутой траектории, периодически отдавая импульс движения ротору. Более подробно его конструкция показана на рис.3,б. На основании статора 1 установлены пьезоэлемент 2 и подшипники 3. Ротор 4 обычно выполняется из твердых материалов (сталь, керамика). Элемент прижима 7 может быть выполнен в виде плоской стальной пружины, конец которой через эластичную прокладку 8 давит на конец пьезоэлемента 2. Для изменения силы прижима установлен регулировочный винт 9.

Скорость вращения ротора в этой системе определяется максимально допустимой амплитудой смещения пьезоэлемента или его перегревом. При перегреве выше точки Кюри пьезоэлектрические свойства теряются. Для большинства промышленных материалов температура Кюри превышает 250°С, поэтому максимальная амплитуда смещения ограничивается пределом прочности материала. Для материала ТБК-3 предельно допустимая линейная скорость Vл составляет 1,5 м/c. С учетом двукратного запаса по прочности примем Vл = 0,75 м/с. Частота вращения ротора ПД составляет n = 60Vл/πD (мин-1). Для D = 0,5 см n = 3000 мин-1, для D = 5 cм соответственно n = 300 мин-1. Таким образом, изменяя только диаметр ротора ПД, можно перекрыть широкую область частот вращения вала ПД. Уменьшение напряжения питания позволяет снизить частоту вращения до 30 мин-1 при сохранении достаточно высокой мощности на валу на единицу массы.

Важной характеристикой ПД, позволяющей сравнивать их с другими электродвигателями является коэффициент полезного действия (КПД). Оценка этого параметра для ПД весьма сложна, поскольку КПД зависит от конструкции ПД, силы и угла прижима, угла контакта, материала ротора и износостойкой прокладки, рабочей частоты.

Для описанного выше ПД с торцевым креплением пьезоэлемента было исследована зависимость КПД от момента на валу М (рис.4,а), от силы прижима . (рис.4,б) и от частоты возбуждения f (рис.4,в). Максимальный КПД зависит от материала пьезоэлемента, например, для ПКР-10 получен рекордный КПД 85%. В настоящее время существует более 50 принципиально разных конструкций ПД.

Одним из важнейших преимуществ ПД является возможность получить очень малые перемещения ротора. Например, некоторые образцы ПД, имеющие частоту вращения 0,2-6 об/c, при подаче одиночного импульса дают угловое перемещение ротора 1/3000000 от величины окружности, т.е. 0,4 угловых секунды. Кроме того, ПД допускают управление непосредственно от компьютера. Благодаря тому, что габариты и вес ПД в 3-5 раз меньше, чем у обычных электродвигателей, их можно использовать в видеокамерах, приводах магнитных и лазерных дисков, в научных исследованиях.

Смотрите другие статьи раздела Электричество для начинающих.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Мягкий робот для океана 17.10.2020 Подводная среда является одной из наименее изученной человечеством. И специально для того, чтобы помочь исследователям подробней ее изучить, при этом не нанося вреда кораллам, а также морской жизни в целом, инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего решили и успешно создали робота-кальмара, который должен идеально подойти для этих целей. Особенностью данного робота является то, что он "мягкий". И в целом, это является его основным преимуществом, ведь он, в отличие от жестких роботов, причинит куда меньше вреда подводной жизни, нежели "жесткие". Для того чтобы создать данного робота-кальмара исследователи использовали практически только мягкие материалы, а именно такие как акриловый полимер. Наиболее жесткими деталями можно считать разве что те, что были напечатаны на 3D-принтере, а также вырезаны лазером. Команда исследователей, по ее собственным словам, черпала вдохновение в том как передвигается под водой настоящий кальмар, дабы робот мог передвигаться самостоятельно. Работает он следующим образом - "кальмар" забирает немного воды в свое тело, после чего его сжимает, тем самым выталкивая воду и плывя вперед. Также стоит отметить и тот факт, что изобретение может регулировать положение сопла, благодаря чему становится возможным плавание в абсолютно любом направлении. По словам создателей, робот-кальмар способен плавать со скоростью в 0,8 километров в час. Да, по сути это не так уж и много, однако в любом случае данный робот быстрее подавляющего большинства других мягких роботов. Ну и естественно, робот также имеет и специальный водонепроницаемый отсек, в котором можно разместить камеру, либо же любой другой датчик или аппаратуру надлежащего размера для сбора информации и записи видео. Профессор кафедры механической и аэрокосмической техники Калифорнийского университета, Майкл Т. Толли, высказался на счет данного изобретения следующим образом: "По сути, мы воссоздали все ключевые особенности, которые кальмары используют для высокоскоростного плавания в любых направлениях. Это первый непривязанный ни к чему робот, который способен генерировать реактивные импульсы для быстрого передвижения, точно также как и кальмар. Образуются же данные импульсы за счет изменения формы собственного тела, что в свою очередь ощутимо повышает эффективность плавания". Так что уже совсем скоро, если данный проект получит широкое распространение, исследование морских глубин станет куда более безопасной для подводной флоры и фауны вещью.

Другие интересные новости:

▪ Беззеркальная камера Panasonic Lumix DC-S1H

▪ Сенсоры имплантируют людей и создут единую сеть

▪ Мясо из конопли

▪ Речь кашалотов похожа на человеческую

▪ Робот-уборщик

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочные материалы. Подборка статей

▪ статья Деньги - нерв войны. Крылатое выражение

▪ статья Где находятся мышцы, которые позволяют шевелить ушами? Подробный ответ

▪ статья Сетка по универсальной поперечной проекции Меркатора (СУППМ). Советы туристу

▪ статья Узлы радиолюбительской техники. Фильтры и согласующие устройства. Справочник

▪ статья Простая арифметика. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026