Введение
В позапрошлом году исполнилось 40 лет со дня официального уведомления о создании первого пьезоэлектрического двигателя (заявка № 1 006 424 от 10 мая 1965 г., авторское свидетельство СССР № 217 509, под редакцией Лавриненко В. В., Некрасов М. М). Поэтому 10 мая по праву считается «Днем рождения» пьезоэлектрического двигателя. Созданный в КПИ в 1964 г. электрический мотор, названный пьезоэлектрическим, послужил основой построения десятков типов конструкций пьезоэлектрических двигателей, описанных в патентах США (№ 4.019.о73,1975 г. № 4.453.103,1982 г. № 4.400.641,1982 г.) и др., производство которых ведется во многих странах мира.
1. Что такое пьезоэлектрические двигатели?
Пьезоэлектрическими микродвигателями (ПМД) называются двигатели, в которых механическое перемещение ротора осуществляется за счет пьезоэлектрического или пьезомагнитного эффекта.
Пьезоэлектрические двигатели основаны на применении одного из многих известных конструктивных принципов реализации процесса преобразования электрической энергии в механическую, по которому накоплен опыт теоретических и экспериментальных исследований, достаточный для промышленного освоения и серийного производства, для внедрения в технику. Статор двигателя содержит пьезокерамическое кольцо, на котором укреплены толкатели, упирающиеся на внутреннюю поверхность ротора, выполненного в виде цилиндрической чашки, закрепленной на валу. На торцевые поверхности пьезокерамического кольца нанесены электроды, подключаемые к генератору ультразвуковых колебаний. Частота генератора соответствует одной из частот собственных механических колебаний пьезокерамического кольца в радиальном направлении.
Процесс преобразования колебаний пьезокерамического кольца в поступательное (вращательное) движение ротора (механическое детектирование) осуществляется следующим образом:
• при включении генератора механические колебания пьезокерамического кольца через толкатели передаются на ротор;
• в области фрикционного контакта толкателей с ротором векторы сил, передаваемых толкателями, раскладываются на составляющие — составляющую вдоль радиуса ротора и составляющую, направленную по касательной к окружности ротора;
• последняя составляющая приводит ротор во вращательное движение, скорость вращения ротора при этом пропорциональна амплитуде механических колебаний кольца.
Рассмотрим подробнее что такое пьезоэлектрический эффект.
