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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Всепогодная вспышка Pentax AF201FG 14.02.2015 Компания Ricoh Imaging представила внешнюю вспышку AF201FG, предназначенную для зеркальных камер Pentax. В описании новинки производитель первым делом выделяет ведущее число, равное 20 (при ISO 100) и защиту от пыли и атмосферных воздействий. По словам Ricoh Imaging, на работу вспышки можно положиться "даже в суровых погодных условиях, включая дождь и туман". Угол наклона головки вспышки выбирается в диапазоне от -10° до 135°. Включение и выбор режима выполняется колесиком. Доступно четыре режима: автоматический P-TTL с синхронизацией по передней шторке, автоматический P-TTL с синхронизацией по задней шторке, ручной полной мощности и ручной 1/4 мощности. Угол, который освещает вспышка, равен 53° по вертикали и 70° по горизонтали. Есть выдвижной рассеиватель для съемки с широкоугольным объективом который увеличивает углы до 85° и 98°. Работает вспышка от двух элементов AAA. Комплект щелочных элементов расходуется за 80 срабатываний, перезаряжая вспышку за 7 с. Никель-металлогидридные аккумуляторы емкостью 750 мАч обеспечивают 100 срабатываний, перезаряжая вспышку за 4 с. Габариты вспышки равны 65,0 x 72,5 x 31,0 мм, масса без элементов питания - 141 г. Продажи AF201FG начнутся в марте по цене $150.

Другие интересные новости:

▪ Гиперактивность появляется из-за дефицита внимания

▪ Астронавтов отправят на пойманные астероиды

▪ Сверхзвуковые бипланы экономичнее обычных самолетов

▪ Свободные радикалы продлевают жизнь

▪ GPS-пуля

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПТЭ. Подборка статей

▪ статья Что за комиссия, создатель, быть взрослой дочери отцом! Крылатое выражение

▪ статья В какой части света больше всего государств? Подробный ответ

▪ статья Багульник болотный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Замена микросхемы CD4060B в любительском частотомере. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Ряды значений сопротивлений и емкости. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025