Piezoelektrický motor - Piezoelectric motor

Vnitřky kluzného piezoelektrického motoru. Jsou viditelné dva piezoelektrické krystaly, které poskytují mechanický točivý moment. [1]

A piezoelektrický motor nebo piezo motor je typ elektrický motor na základě změny tvaru a piezoelektrický materiál když elektrické pole je použito. Piezoelektrické motory využívají inverzní piezoelektrický efekt piezoelektrických senzorů, při kterém deformace nebo vibrace piezoelektrického materiálu produkují elektrický náboj. Elektrický obvod dělá akustické nebo ultrazvukové vibrace v piezoelektrickém materiálu, které produkují lineární nebo rotační pohyb. V jednom mechanismu prodlužování v jedné rovině vytváří řadu úseků a pozičních pozic, analogicky se způsobem a housenka tahy. [2]

Aktuální návrhy

Ovladač s kluznou pákou.

Jedna technika pohonu používá piezoelektrickou keramiku k tlačení a stator. Tyto piezoelektrické motory používají tři skupiny krystalů - dvě zamykánía jeden motiv který se trvale připojuje ke skříni motoru nebo ke statoru (ne k oběma). Pohybová skupina, vložená mezi další dva, zajišťuje pohyb. Tyto piezoelektrické motory jsou v zásadě krokové motory, přičemž každý krok zahrnuje buď dvě, nebo tři akce, na základě typu uzamčení. Tyto motory jsou také známé jako palcovité motory. Jiný mechanismus používá povrchové akustické vlny (SAW) pro generování lineárního nebo rotačního pohybu.

Druhý typ pohonu, klikový motor, používá piezoelektrické prvky spojené ortogonálně s maticí. Jejich ultrazvukové vibrace otáčejí centrálním vodicím šroubem. Tohle je mechanismus přímého pohonu.

Zajišťovací mechanismy

Chování prvního typu piezoelektrického motoru bez napájení je jednou ze dvou možností: normálně uzamčeno nebo normálně zdarma. Pokud na normálně zablokovaný motor není přivedeno napájení, vřeteno nebo vozík (pro rotační nebo lineární typy) se nepohybuje pod externím platnost. Vřeteno nebo vozík běžně volného motoru se volně pohybuje vnější silou. Pokud jsou však obě blokovací skupiny napájeny v klidu, normálně volný motor odolává vnější síle bez poskytnutí jakékoli hnací síly.

Kombinace mechanických západek a krystalů může dělat totéž, ale omezila by maximální krok hodnotit motoru. Chování bez napájení druhého typu motoru je blokováno, protože šroub pohonu je zajištěn závity na matici. Tím si udržuje svoji pozici při vypnutém napájení.

Krokové akce

Piezoelektrický „palcový“ motor
Obr. 1: Kroky krokování Normálně zdarma motor

Bez ohledu na typ blokování používají krokové piezoelektrické motory - lineární a rotační - k vytvoření pohybu stejný mechanismus:

  1. Nejprve jedna skupina zamykání krystaly se aktivuje k uzamčení jedné strany a odemčení druhé strany „sendviče“ piezo krystalů.
  2. Dále motiv skupina krystalů se aktivuje a drží. Expanze této skupiny přesune odemčené zamykání skupina podél motorové cesty. Toto je jediná fáze, kdy se motor pohybuje.
  3. Pak zamykání skupina spuštěná v první fázi vydání (v normálně zamykání motory, v ostatních spouští).
  4. Pak motiv vydání skupiny, zatažení ‚koncové ' zamykání skupina.
  5. Nakonec oba zamykání skupiny se vrátí do svých výchozích stavů.

Akce přímého pohonu

Piezoelektrický motor s přímým pohonem vytváří pohyb nepřetržitými ultrazvukovými vibracemi. Jeho řídicí obvod aplikuje dvoukanálovou sinusovou nebo čtvercovou vlnu na piezoelektrické prvky, které odpovídají ohybová rezonanční frekvence trubice se závitem - obvykle ultrazvuková frekvence 40 kHz až 200 kHz. To vytváří orbitální pohyb, který pohání šroub.

Rychlost a přesnost

Růst a tvorba piezoelektrických krystalů je dobře vyvinutá průmysl, čímž se získá velmi rovnoměrné a konzistentní zkreslení pro daný aplikovaný potenciální rozdíl. To v kombinaci s minutovou stupnicí zkreslení dává piezoelektrickému motoru schopnost dělat velmi jemné kroky. Výrobci požadují přesnost nanometr měřítko. Vysoká míra odezvy a rychlé zkreslení krystalů také umožňují, aby kroky probíhaly na velmi vysokých frekvencích - až 5 MHz. To poskytuje maximální lineární rychlost přibližně 800 mm za sekundu nebo téměř 2,9 km / h.

Jedinečnou schopností piezoelektrických motorů je jejich schopnost pracovat v silných magnetických polích. To rozšiřuje jejich užitečnost na aplikace, které nemohou používat tradiční elektromagnetické motory - například uvnitř nukleární magnetická rezonance antény. Maximální provozní teplota je omezena Curieova teplota použité piezoelektrické keramiky a může překročit + 250 ° C.

Jiné designy

Jediná akce

Obr. 2: Piezoelektrický krokový motor.

Velmi jednoduché jednočinné krokové motory lze vyrobit s piezoelektrickými krystaly. Například s tvrdým a tuhým rotorovým vřetenem potaženým tenkou vrstvou měkčího materiálu (jako polyuretan pryž), řada úhlového piezoelektrického měniče lze domluvit. (viz obr. 2). Když řídicí obvod aktivuje jednu skupinu měničů, tlačí rotor o jeden krok. Tento design nemůže dělat kroky tak malé nebo přesné jako složitější návrhy, ale může dosáhnout vyšších rychlostí a jeho výroba je levnější.

Patenty

Může být prvním americkým patentem na zveřejnění motoru poháněného vibracemi „Metoda a zařízení pro dodávání vibrační energie“ (US patent č. 3 184 842, Maropis, 1965). Patent Maropis popisuje „vibrační zařízení, kde se podélné vibrace v rezonančním spojovacím prvku převádějí na torzní vibrace v rezonančním koncovém prvku toroidního typu.“ První praktické piezomotory navrhl a vyrobil V. Lavrinenko v piezoelektronické laboratoři, počínaje rokem 1964, Kyjevský polytechnický institut, SSSR. Mezi další důležité patenty v počátečním vývoji této technologie patří:

Viz také

Reference

  1. ^ rotátor attocube ANR101
  2. ^ attocube. "Princip fungování pozicionérů attocube".