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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Интеграция детекторов дыма в компьютеры и мобильные устройства 01.12.2014 В базе патентного бюро США (USPTO) появилась заявка Apple, в которой описана интеграция детекторов дыма в электронные устройства, такие, как компьютеры и мобильные устройства, подключенные к сети. Наличие датчика дыма позволит компьютеру или мобильному устройству обнаружить опасность и отреагировать на нее. В частности, реакцией может быть передача сообщений соседним устройствам и удаленным устройствам, находящимся у спасателей. Эти сообщения могут содержать информацию о местоположении с точной привязкой к зданию, в котором обнаружено задымление. При этом информация от акселерометров и других датчиков поможет определить, находится ли устройство в руках у пользователя, и точнее указать его местоположение. Кроме того, может быть включена система пожаротушения. В качестве устройств, которые могут быть оборудованы датчиками дыма для выполнения вышеописанных функций, в заявке перечислены ноутбук, планшет, смартфон и умные часы.

Другие интересные новости:

▪ Световые волны вывернули наизнанку

▪ Биотопливо для ВМС США

▪ 64-Мп сенсор ISOCELL Bright GW1 для смартфонов

▪ 8-Гбит DDR4-чипы и 32-Гбайт DDR4-модули Samsung

▪ Компьютер напишет любую курсовую

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Опыты по физике. Подборка статей

▪ статья Вредные привычки и их социальные последствия. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья В какой азиатской стране употребление марихуаны легально? Подробный ответ

▪ статья Лучниковская петля. Советы туристу

▪ статья Простой индикатор переменного электрического поля. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Живой карандаш. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026