вибродвигатель

Формула изобретения

ВИБРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий направляющую, корпус, систему возбуждения и движитель в виде пластин, укрепленных под углом в корпусе и фрикционно сопряженных с направляющей, отличающийся тем, что корпус выполнен составным, система возбуждения смонтирована между его частями, причем продольная ось системы возбуждения совпадает с направлением движения вибродвигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и приборостроению и может быть использовано в оптико-механической промышленности, в системах автоматики, в роботостроении, а также в протезно-ортопедических устройствах.

Известен линейный вибрационный двигатель [1] содержащий корпус, подвижной элемент, статор и вибратор на основе пьезоэлемента, подключенного к генератору электрического сигнала, подвижной элемент выполнен в виде пьезоэлектрической пластины, работающий на резонансной частоте продольной моды колебаний, а статор в виде по крайней мере одной пары упорных пластин, один конец каждой из которых шарнирно укреплен на корпусе, а другой упирается в пьезоэлектрическую пластину, причем упорные пластины снабжены прижимными пружинами.

Недостатками этого двигателя являются низкая эксплуатационная надежность из-за малого ресурса пары трения металл-пьезокерамика, а также относительно низкая скорость движения подвижного элемента, обусловленная малой амплитудой колебаний пьезоэлектрической пластины, работающей на собственной резонансной частоте продольной моды колебаний. В реальных конструкциях амплитуда таких колебаний составляет величину 1 мкм, что ограничивается пределом прочности пьезокерамики.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является линейный двигатель [2] содержащий направляющую, корпус и движитель в виде пластин, укрепленных под углом в корпусе и фрикционно взаимодействующих с направляющей, причем пластины движителя выполнены из магнитострикционного материала, а в корпусе установлена система возбуждения вращающегося магнитного поля.

Недостатками данного двигателя являются, во-первых, недостаточно высокий КПД вследствие того, что процесс движения в данном устройстве реализуется только во время удлинения упругих элементов; во-вторых, для работы устройства необходим коммутатор, обеспечивающий вращение магнитного поля; в-третьих, двигатель работоспособен только в случае выполнения направляющей из ферромагнитного материала, обеспечивающего замыкание магнитной цепи.

Целью изобретения является повышение КПД устройства за счет более полного использования колебательной энергии.

На фиг.1 представлен предлагаемый вибродвигатель с внешней направляющей, разрез; на фиг.2 вибродвигатель с внутренней направляющей, разрез; на фиг.3 предлагаемый вибродвигатель в варианте вращательного движения, три проекции.

Вибродвигатель содержит составной корпус 1, между частями которого установлена система возбуждения в виде пакетного пьезокерамического вибратора 2, на корпусе 1 закреплен движитель в виде упругих элементов 3, фрикционно взаимодействующих с направляющей 4.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на обкладки пакетного пьезокерамического вибратора 2 системы возбуждения напряжения резонансной частоты он, изменяя вследствие обратного пьезоэффекта свои геометрические размеры, возбуждает либо продольные (фиг.1 и 2), либо крутильные (фиг.3) колебания частей составного корпуса 1, причем наклонное выполнение упругих элементов 3, ориентированных на обеих частях корпуса 1 в одну сторону, позволяет осуществить движение как на этапе увеличения геометрических размеров пакетного пьезокерамического вибратора системы возбуждения 2, так и при его сжатии, так как в первом случае одна из частей корпуса 1 остается неподвижной вследствие заклинивания упругих элементов 3, а другая продвигается вперед под действием сил пакетного пьезокерамического вибратора 2. При его сжатии заклинивается вторая часть, а первая подтягивается ко второй части пакетным пьезокерамическим вибратором 2. На следующем цикле колебаний процесс повторяется и таким образом реализуется непрерывное движение с дискретностью шага примерно в 1 мкм. Устройство позволяет осуществлять каскадирование, т.е. при соединении вибродвигателя линейного вращения (фиг.1 и 2) с вибродвигателем вращательного (фиг.3) имеется возможность реализовать двухкоординатное движение.

Применение предлагаемого вибродвигателя позволяет по сравнению с прототипом увеличить КПД на 25-30% за счет более полного использования колебательной энергии, обеспечить движение с направляющими, выполненными из немагнитных материалов (нержавеющая сталь, титан, керамика, пластмасса), не требует наличия системы коммутации, не создает магнитных полей.