压电马达。方案、说明

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压电电机（PD）是一种利用压电效应使被驱动体（转子或电枢）进行机械运动的电动机。

首先吸引他们的是没有感应绕组，通常由铜或铝线和特殊的排版磁芯制成。其中的工作元件是压电陶瓷。

似乎用交变电压激励压电元件并使用已知的机械装置将压电元件的振荡转换成工作体的旋转运动就足够了。但是，虽然这个原理很简单，但是对于实际遇到的压电振荡的频率和振幅来说，实现起来却很困难。

在 PD 的一种变体中，建议使用三相电场在三个平面上同时弯曲压电元件，使其向前移动的末端描绘出圆形轨迹（图 1）。

压电马达

在可移动端有一个销 1，它与转子 2 摩擦相互作用，导致转子旋转。这一原则尚未在实践中得到应用。

逐步的PD已经得到了更多的实际应用。在这些发动机中（图2），音叉或悬臂式压电元件将振荡运动传递至杆2，杆3使转子XNUMX移动一个齿。

压电马达

当杆沿相反方向移动时，棘爪 4 固定转子 3 的位置。该 PD 的一个更简单的版本是发动机（图 3，a），由压电元件 1 组成，压电元件 2 制成为矩形板，其一端通过外力压在转子3的表面上，当压电元件被电激励时，这一端像桨叶一样沿着闭合路径移动，周期性地给转子提供脉冲。其设计更详细地显示在图1b中。定子2的基础上安装有压电元件3和轴承4。转子7通常由硬质材料(钢、陶瓷)制成。夹紧元件8可以制成扁钢弹簧的形式，其端部通过弹性垫圈2压在压电元件9的端部上。为了改变夹紧力，安装调节螺钉XNUMX。

压电马达

该系统中转子的转速由压电元件的最大允许位移幅度或其过热决定。当过热到居里点以上时，压电特性就会消失。对于大多数工业材料，居里温度超过250°C，因此最大位移幅度受到材料拉伸强度的限制。对于材料 TBK-3，最大允许线速度 Vl 为 1,5 m/s。考虑到双倍强度裕度，我们取 Vl = 0,75 m/s。 PD转子的旋转频率为n=60Vl/πD(min-1)。对于 D = 0,5 cm，n = 3000 min-1，对于 D = 5 cm，n = 300 min-1。因此，通过仅改变PD转子的直径，可以覆盖PD轴的较宽的旋转频率范围。降低电源电压可以将转速降低至 30 min-1，同时保持每单位质量轴上足够高的功率。

PD 的一个重要特性是性能系数 (COP)，这使得可以将它们与其他电动机进行比较。估计 PD 的该参数非常困难，因为效率取决于 PD 设计、压力和角度、接触角、转子材料和耐磨垫片以及工作频率。

对于上述带有端部安装压电元件的PD，研究了效率对轴M上的力矩（图4，a）和夹紧力的依赖性。（图 4b）和激励频率 f（图 4c）。最大效率取决于压电元件的材料，例如，PKR-10 获得了 85% 的创纪录效率。目前，有超过 50 种根本不同的 PD 设计。

压电马达

PD 最重要的优点之一是能够获得非常小的转子运动。例如，一些旋转频率为0,2-6rpm的PD样本，当施加单个脉冲时，给出转子圆周的1/3000000的角位移，即0,4角秒。此外，PD 可以直接从计算机控制。由于PD的尺寸和重量比传统电动机小3-5倍，因此可用于摄像机、磁盘和激光磁盘驱动器以及科学研究。

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