SU575790A1 - Piezoelectric converter transforming electrical signal into advance motion - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к электромеханическим преобразовател м и може .т быть использовано в малогабаритных устройствах поступательных перемещений , а также в двигател х лентопрот жных механизмов.The invention relates to an electromechanical transducer and may be used in compact devices of translational movements, as well as in motors of tape-carrying mechanisms.

Известны лентопрот жные механизмы, пьезоэлектрические шаговые двигатели, работающие на пьeзoJлeмeнтax 1 , 21 Known tape mechanisms, piezoelectric stepper motors, operating on piezoelectric elements 1, 21

Наиболее близким по. технической сущности к предложенному  вл етс  пьезоэлектрьчеокий преобразователь/ состо щий из акустически не св занных секций I3.The closest to. The technical essence to the proposed is a piezoelectric transducer / consisting of acoustically not connected sections I3.

Однако его конструкци   вл етс  сложной, механически непрочной и имеет значительные габариты. Подключение секций к источнику через фазосдвигающую цепочку приводит к уменьшению КПД устройства. Кроме того пьезоэлементы секций выполнены в виде биморфных пластин, в которых возможно возбуждение только изгибных колебаний, обладающих низкой эффективностью электрического преобразовани  энергии. However, its design is complex, mechanically fragile and has significant dimensions. Connecting sections to the source through a phase-shifting chain leads to a decrease in the efficiency of the device. In addition, the piezoelectric elements of the sections are made in the form of bimorphic plates, in which only bending vibrations with a low electrical energy conversion efficiency are possible.

Целью изобретени   вл етс  увеличение КПД и механической мощности преобразовател .The aim of the invention is to increase the efficiency and mechanical power of the converter.

Дл  этого в пьезоэлектрическом преобразователе , состо щем из акустически не св занных секций, кажда  секци  преобразовател  выполнена в виде двухслойно1о пьезоэлемента, выводы от электродов которой подключены к источнику возбуждени .For this, in a piezoelectric transducer consisting of acoustically unconnected sections, each section of the transducer is designed as a two-layer piezoelectric element, the terminals of which electrodes are connected to the excitation source.

Слои пьезоэлементов каждой секции могут быть пол ризованы в двух взаи мноперпендикул рных направлени х,что ведет к уменьшению габаритов преобразовател . Слои одного из пьезоэлементов могут быть пол ризованы встречно , а другого - в одном направлении, что позвол ет уменьшить рабочую частоту возбуждени  преобразовател .The layers of the piezoelectric elements of each section can be polarized in two mutually perpendicular directions, which leads to a reduction in the size of the transducer. The layers of one of the piezoelectric elements can be polarized opposite, and the other in one direction, which reduces the operating frequency of the transducer.

Кроме того двухслойные пьезоэлементы могут состо ть из зон с одинаковым и встречным направлени ми пол ризации слоев, имеющих раздельные электроды, что обеспечивает реверс движени   кор .In addition, two-layer piezoelectric elements can consist of zones with the same and opposite directions of polarization of layers with separate electrodes, which provides a reverse movement of the core.

На фиг.1 представлен преобразователь с четырьм  секци ми; на фиг.2 - высокочастотный преобразователь } на фиг.З - низкочастотный преобразователь; на фиг.4 - реверсивный преобразователь .Figure 1 shows a converter with four sections; figure 2 - high-frequency Converter} fig.Z - low-frequency converter; figure 4 - reversible Converter.

Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение содержит секции 1, выполненные в виде двухслойных пьезоэлементов , которые к  корю 2 прижаты прижимным устройством 3. Якорь 2 может быть пр моугольным- (фиг.1, 4) или ленточным (фиг.2, 3) . Секции 1 с помощью элементов креплени  4 закреплены в корпусе 5, причем элементы креплени  4 могут одновременно  вл тьс  и прижимным устройством 3. Дл  уменьшени  износа соприкасающихс  частей секции 1 и  кор  2 на них нанесены износостойкие покрыти  6. С помощью выводов пьеэоэлементы секции 1 подключены к источнику возбуждени  преобразовател . Включение преобразовател  показано на фиг.1, 4.The piezoelectric transducer of the electric signal into translational movement contains sections 1, made in the form of two-layer piezoelectric elements, which are pressed against the clamp 2 by the pressing device 3. Anchor 2 can be rectangular (Fig. 1, 4) or tape (Fig. 2, 3). Sections 1 using fastening elements 4 are fixed in the housing 5, and fastening elements 4 can simultaneously be a clamping device 3. To reduce wear of the contacting parts of section 1 and the core 2, wear-resistant coatings 6 are applied to them. With the help of pin elements of section 1 are connected to excitation source converter. The inclusion of the Converter shown in figures 1, 4.

Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение работает следующим .образом.The piezoelectric transducer of electric signal into translational movement works as follows.

При подаче переменного электрического сигнала на пьезоэлементы секций 1 возбуждаютс  близкие к резонансным продольные и изгибные акустические колебани . Причем резонансные частоты продольных и изгибных колебаний несколько смещены по отношению к частоте источника возбуждени . Благодар  этому получен сдвиг фаз между продольной и поперечной деформаци ми пьезоэлемента, и точки на поверхност х секций 1 движутс  гто злиптическим траектори м. Следовательно , точки на поверхности секций 1 будут периодически входить в зацепление с  корем 2 и прот гивать ег-о, а потом выходить из контакта с  корем 2 и возвращатьс  в исходное состо ние . При этом  корь 2 движетс  в одну сторону. По такому принципу работают все преобразователи, показанные на фиг.1, 2, 4, которие отличаютс  только способом возбуждени  и типом возбуждени  колебаний.When an alternating electric signal is applied, the piezoelectric elements of sections 1 excite near-resonant longitudinal and bending acoustic oscillations. Moreover, the resonant frequencies of the longitudinal and bending oscillations are slightly shifted with respect to the frequency of the excitation source. Due to this, a phase shift between the longitudinal and transverse deformations of the piezoelectric element is obtained, and the points on the surfaces of sections 1 move ortho-slip trajectories. Consequently, the points on the surfaces of sections 1 will periodically engage with the cortex 2 and pull it through, and then leave contact with core 2 and return to the initial state. At the same time, measles 2 moves in one direction. According to this principle, all the converters shown in Figs. 1, 2, 4 work, which differ only in the method of excitation and the type of excitation of oscillations.

В преобразователе (фиг.1) в двухслойных пьезоэлементах секций 1 возбуждаютс  и продольные и изгибные колебани , что достигаетс  пол ризацией зон пьезоэлемента во взаимопротивоположных направлени х.In the transducer (Fig. 1), in the two-layer piezoelectric elements of section 1, longitudinal and bending vibrations are excited, which is achieved by polarizing the zones of the piezoelectric element in mutually opposite directions.

Уменьшение габаритов преобразовател  в пьезоэлементах происходит благодар  возбуждению высокочастотных продольных и сдвиговых акустических колебаний (фиг. 2). Дл  этого слои пьезоэлементов пол ризуют в двух взаимнсперпендикул рных направлени х.The size reduction of the transducer in the piezoelectric elements occurs due to the excitation of high-frequency longitudinal and shear acoustic oscillations (Fig. 2). For this, the layers of piezoelectric elements are polarized in two mutually-perpendicular directions.

Чтобы уменьшить рабочую частоту возбуждени  пьезоэлектрического преобразовател  в одном двухслойном пьезоэлементе возбуждаютс  только колебани  изгиба, а в другом - только продольные акустические колебани  (фиг. Дл  этого слои одного из пьезоэлементов пол ризованы встречно, а дру1ого - в одном направлении. В таком преобразователе, в отличие от остальных , один пьезоэлемент -(изгибный)In order to reduce the operating frequency of the piezoelectric transducer in one two-layer piezoelectric element, only bending vibrations are excited, and in the other, only longitudinal acoustic vibrations (Fig. For this, the layers of one of the piezoelectric elements are polarized opposite, and the other in one direction. In this transducer, unlike from the rest, one piezoelectric element - (curved)

осуществл ет зацепление с  корем, а другой (продольный) - прот гивает  корь.engages with the bark, and the other (longitudinal) engages the measles.

Дл  получени  реверса перемещени   кор  пьезоэлектрический преобразователь разбивают на зоны с одинаковым и встречным направлени ми пол ризации слоев, имегаднх раздельные электроды. Переключение пары выводов от одной из зон обеспечивает реверс перемещени   кор  (фиг.4). При этом измен етс  сдвиг фаз между двум  типами возбуждаемых колебаний на 180, и защемление с  корем происходит при движении точек на поверхности пьезоэлементов в противоположную сторону.To obtain a reverse movement of the cortex, the piezoelectric transducer is divided into zones with the same and opposite directions of polarization of the layers, and separate electrodes. Switching a pair of leads from one of the zones provides a reverse movement of the core (Fig. 4). This changes the phase shift between the two types of excited oscillations by 180, and pinching with the core occurs when points on the surface of the piezoelectric elements move in the opposite direction.

Использование предложенного пьезоэлектрического преобразовател  в качестве исполнительного устройства позвол ет устранить зависимость развиваемого усили  от положени   кор  по отношению к электромагниту и, как следствие, повышение знергопотреблени . У пьезоэлектрического преобразовател  усилие, развиваемое  корем, посто нно, поэтому требуетс  меньша  мощность на его возбуждение.The use of the proposed piezoelectric converter as an actuating device makes it possible to eliminate the dependence of the developed force on the position of the core in relation to the electromagnet and, as a result, an increase in energy consumption. In a piezoelectric transducer, the force developed by the core is constant, therefore less power is required to excite it.

Claims (4)

Формула изобретени Invention Formula 1 . Пьезоэлектрический преобразователь электрического сигнала в поступательное перемещение, состо щий из акустически не св занных секций/ отличающийс  тем, что, с целью увеличени  КПД и механической мощности преобразовател , кажда  секци  выполнена в виде двухслойного пьезоэлемента, выводыот электродов которой подключены к источнику воз.буждени .one . A piezoelectric electrical signal converter into a translational movement consisting of acoustically unconnected sections / characterized in that, in order to increase the efficiency and mechanical power of the converter, each section is made as a two-layer piezoelectric element, the terminals of which are connected to the excitation source. 2.Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что слои пьезоэлементов каждой секции пол ризованы в двух взаимноперпендикул рных направлени х. 2. A transducer according to claim 1, characterized in that the layers of the piezoelectric elements of each section are polarized in two mutually perpendicular directions. 3.Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что слои одного пьезоэлемента пол ризованы встречно, а другого - в одном направлении.3. A transducer according to claim 1, characterized in that the layers of one piezoelectric element are polarized oppositely, and the other in one direction. 4.Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что двухслойные пьезоэлементы состо т из зон, с одинаковым и встречным направлени ми пол ризации слоев, имеющих ра здельные электроды.4. A transducer according to claim 1, characterized in that the two-layer piezoelectric elements consist of zones with the same and opposite directions of polarization of the layers having separate electrodes. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account in the examination: 1.Авторское свидетельство СССР № 396713, G 11 В 15/60, 1973.1. USSR Author's Certificate No. 396713, G 11 V 15/60, 1973. 2.За вка 2051482, Н 01 Ь 41/10, 1974, по которой прин то решение о выдаче авторского свидетельства.2. Forwarding 2051482, Н 01 Ь 41/10, 1974, according to which the decision to issue the author's certificate was made. 3.Авторское свидетельство СССР 353273, кл. G 11 В 15/43, 1972.3. Authors certificate of USSR 353273, cl. G 11 B 15/43, 1972. fui.lfui.l СШSchool / 6 ipus. fi/ 6 ipus. fi