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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Выбор друзей определяет ДНК 05.05.2020 Выражение "друзья - это семья, которую мы выбираем" кажется банальным лишь на первый взгляд. Ученые из Калифорнийского и Йельского университетов обнаружили, что в этом утверждении гораздо больше научной правды, чем мы могли себе представить. Анализ геномов почти 2000 человек показал, что мы имеем со своими друзьями столько же схожести в ДНК, сколько с нашими троюродными или четвероюродными родственниками - то есть примерно 1% сходных генов. Данное открытие лишь укрепляет сделанное ранее предположение о том, что большая часть нашего социального поведения (в том числе коллективная жизнь и альтруизм) кроется в распространении общей ДНК. Проще говоря, мы запрограммированы выискивать тех, кто может продолжать размножаться и передавать следующим поколениям гены, сходные с нашими. Исследование также показало, что друзья наиболее схожи в генах, которые используются для обонятельного процесса. Одним из возможных объяснений этого факта является то, что друзей притягивает одна и та же среда. Например, люди, которым нравится запах кофе, наверняка проводят много времени в кафе, где они могут встретиться и подружиться с единомышленниками. Некоторые контролируемые генами черты могут функционировать, только если они являются общими для друзей. Меньше всего у друзей совпадают гены, которые контролируют иммунную систему. С точки зрения эволюции это имеет смысл, поскольку наличие разных механизмов борьбы с болезнью уменьшает шансы на заражение большим числом заболеваний. Общие с друзьями гены развиваются быстрее, чем другие - это позволяет предположить, что наши социальные отношения являются движущей силой эволюции человека.

Другие интересные новости:

▪ В Солнечной системе открыли новую планету

▪ Генерирация стабильных фемтосекундных импульсов

▪ Программа самостоятельного ремонта Samsung Self-Repair для смартфонов и ноутбуков

▪ Синтетический материал, имитирующий функции живых клеток

▪ Новый рекорд квантовой суперпозиции

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПТЭ. Подборка статей

▪ статья Безопасность и половая культура. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Где изобрели гильотину? Подробный ответ

▪ статья Эфедра горная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Детектор дыма. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Генераторы и синхронные компенсаторы. Общие требования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026