Silniki piezoelektryczne. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Elektryczność dla początkujących

 Komentarze do artykułu

Silnik piezoelektryczny (PD) to silnik elektryczny, w którym ruch mechaniczny napędzanego korpusu (wirnika lub twornika) odbywa się dzięki efektowi piezoelektrycznemu.

Pierwszą rzeczą, która ich przyciąga, jest brak uzwojeń indukcyjnych, zwykle wykonanych z drutu miedzianego lub aluminiowego oraz specjalnego rdzenia nastawczego. Elementem roboczym w nich jest ceramika piezoelektryczna.

Wydawałoby się, że wystarczy wzbudzić element piezoelektryczny zmiennym napięciem elektrycznym i za pomocą znanych środków mechanicznych przekształcić oscylacje elementu piezoelektrycznego w ruch obrotowy korpusu roboczego. Ale chociaż ta zasada jest prosta, trudno ją wdrożyć dla częstotliwości i amplitud oscylacji piezoelektrycznych, które występują w praktyce.

W jednym z wariantów PD proponuje się zginanie elementu piezoelektrycznego jednocześnie w trzech płaszczyznach za pomocą trójfazowego pola elektrycznego tak, aby jego koniec poruszający się do przodu zakreślał trajektorię kołową (rys. 1).

Na ruchomym końcu znajdował się sworzeń 1, który oddziaływał ciernie z wirnikiem 2, powodując jego obrót. Zasada ta nie była stosowana w praktyce.

Krok po kroku PD otrzymały większe praktyczne zastosowanie. W tych silnikach (rys. 2) kamerton lub wspornikowy element piezoelektryczny przekazuje ruch oscylacyjny na pręt 2, który przesuwa wirnik 3 o jeden ząb.

Gdy pręt porusza się w przeciwnym kierunku, zapadka 4 ustala położenie wirnika 3. Prostszą wersją tego PD jest silnik (ryc. 3, a), składający się z elementu piezoelektrycznego 1, wykonanego w postaci prostokątna płyta, która jest dociskana z jednej strony siłą zewnętrzną do powierzchni wirnika 2 Gdy element piezoelektryczny jest wzbudzany elektrycznie, ten koniec, podobnie jak łopatka wiosła, porusza się po zamkniętej ścieżce, okresowo przekazując impuls do wirnika. Jego konstrukcję pokazano bardziej szczegółowo na ryc. 3b. Na podstawie stojana 1 montowany jest element piezoelektryczny 2 i łożyska 3. Wirnik 4 jest zwykle wykonany z twardych materiałów (stal, ceramika). Element dociskowy 7 może być wykonany w postaci płaskiej stalowej sprężyny, której koniec, poprzez elastyczną uszczelkę 8, naciska na koniec elementu piezoelektrycznego 2. Aby zmienić siłę docisku, zainstalowana jest śruba regulacyjna 9.

O prędkości obrotowej wirnika w tym układzie decyduje maksymalna dopuszczalna amplituda przemieszczenia elementu piezoelektrycznego lub jego przegrzanie. Po przegrzaniu powyżej punktu Curie właściwości piezoelektryczne są tracone. W przypadku większości materiałów przemysłowych temperatura Curie przekracza 250°C, więc maksymalna amplituda przemieszczenia jest ograniczona wytrzymałością materiału na rozciąganie. Dla materiału TBK-3 maksymalna dopuszczalna prędkość liniowa Vl wynosi 1,5 m/s. Biorąc pod uwagę podwójny margines wytrzymałości, przyjmiemy Vl = 0,75 m/s. Częstotliwość obrotów wirnika PD wynosi n = 60Vl/πD (min-1). Dla D = 0,5 cm n = 3000 min-1, odpowiednio dla D = 5 cm n = 300 min-1. Tym samym zmieniając jedynie średnicę wirnika PD możliwe jest pokrycie szerokiego zakresu częstotliwości obrotów wału PD. Zmniejszenie napięcia zasilania umożliwia zmniejszenie prędkości obrotowej do 30 min-1 przy zachowaniu odpowiednio dużej mocy na wale na jednostkę masy.

Ważną cechą WNZ, która umożliwia porównanie ich z innymi silnikami elektrycznymi, jest współczynnik wydajności (COP). Oszacowanie tego parametru dla WNZ jest bardzo trudne, ponieważ sprawność zależy od konstrukcji WNZ, siły i kąta nacisku, kąta zwilżania, materiału wirnika i odpornej na zużycie uszczelki oraz częstotliwości pracy.

Dla opisanego powyżej PD z elementem piezoelektrycznym montowanym na końcu zbadano zależność wydajności od momentu na wale M (ryc. 4, a), od siły docisku. (Rys. 4b) oraz na częstotliwości wzbudzenia f (Rys. 4c). Maksymalna sprawność zależy od materiału elementu piezoelektrycznego, np. dla PKR-10 uzyskano rekordową sprawność 85%. Obecnie istnieje ponad 50 zasadniczo różnych projektów PD.

Jedną z najważniejszych zalet PD jest możliwość uzyskania bardzo małych ruchów wirnika. Na przykład niektóre próbki WNZ o częstotliwości obrotowej 0,2-6 obr./min, przy zastosowaniu pojedynczego impulsu, dają przemieszczenie kątowe wirnika o 1/3000000 0,4 3 obwodu, tj. 5 sekundy kątowej. Ponadto PD mogą być sterowane bezpośrednio z komputera. Ze względu na to, że wymiary i waga PD są XNUMX-XNUMX razy mniejsze niż konwencjonalnych silników elektrycznych, mogą być stosowane w kamerach wideo, napędach dysków magnetycznych i laserowych oraz w badaniach naukowych.

Zobacz inne artykuły Sekcja Elektryczność dla początkujących.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Zagrożenie śmieciami kosmicznymi dla ziemskiego pola magnetycznego 01.05.2024

Coraz częściej słyszymy o wzroście ilości śmieci kosmicznych otaczających naszą planetę. Jednak do tego problemu przyczyniają się nie tylko aktywne satelity i statki kosmiczne, ale także pozostałości po starych misjach. Rosnąca liczba satelitów wystrzeliwanych przez firmy takie jak SpaceX stwarza nie tylko szanse dla rozwoju Internetu, ale także poważne zagrożenia dla bezpieczeństwa kosmicznego. Eksperci zwracają obecnie uwagę na potencjalne konsekwencje dla ziemskiego pola magnetycznego. Dr Jonathan McDowell z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics podkreśla, że ​​firmy szybko wdrażają konstelacje satelitów, a liczba satelitów może wzrosnąć do 100 000 w następnej dekadzie. Szybki rozwój tych kosmicznych armad satelitów może prowadzić do skażenia środowiska plazmowego Ziemi niebezpiecznymi śmieciami i zagrożenia dla stabilności magnetosfery. Metalowe odłamki ze zużytych rakiet mogą zakłócać jonosferę i magnetosferę. Oba te systemy odgrywają kluczową rolę w ochronie i utrzymaniu atmosfery ... >>

Zestalanie substancji sypkich 30.04.2024

W świecie nauki istnieje wiele tajemnic, a jedną z nich jest dziwne zachowanie materiałów sypkich. Mogą zachowywać się jak ciało stałe, ale nagle zamieniają się w płynącą ciecz. Zjawisko to przyciągnęło uwagę wielu badaczy i być może w końcu jesteśmy coraz bliżej rozwiązania tej zagadki. Wyobraź sobie piasek w klepsydrze. Zwykle przepływa swobodnie, ale w niektórych przypadkach jego cząsteczki zaczynają się zatykać, zamieniając się z cieczy w ciało stałe. To przejście ma ważne implikacje dla wielu dziedzin, od produkcji leków po budownictwo. Naukowcy z USA podjęli próbę opisania tego zjawiska i zbliżenia się do jego zrozumienia. W badaniu naukowcy przeprowadzili symulacje w laboratorium, wykorzystując dane z worków z kulkami polistyrenowymi. Odkryli, że wibracje w tych zbiorach mają określone częstotliwości, co oznacza, że ​​tylko określone rodzaje wibracji mogą przemieszczać się przez materiał. Otrzymane ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Geolodzy termitów 08.11.2007 Około 30 lat temu w piaskach afrykańskiej pustyni Kalahari geolodzy znaleźli skupisko ziaren piasku z minerału ilmenitu. Ten minerał jest charakterystyczny dla skał kimberlitowych, a kimberlit zawiera diamenty. Teraz to miejsce jest jedną z najbogatszych kopalni diamentów na świecie. Ale jak ilmenit mógł wydostać się na powierzchnię spod kilkudziesięciu metrów grubości piasku? Termity go wyjęły. Budując swoje mieszkania, owady te zmuszone są wnikać w głąb ziemi, gdzie znajduje się mokra glina, z której tworzą kopce termitów. Kopiec termitów to eksploracja dobrze skierowana na zewnątrz – mówi kanadyjski geolog John Nore, który bada skład mineralogiczny kopców afrykańskich termitów. Podobne badania prowadzone są w Australii, na pustyni Tanami, na północy kontynentu. Tylko jeden procent pustyni nie jest pokryty piaskiem, a na tej „placie” znaleziono duże złoże złota. Wiercenie losowe wokół okolicznych piasków, pod którymi mogą również znajdować się cenne złoża, jest zbyt kosztowne. Geolodzy australijscy wiercą próbki materiału z kopców termitów i analizują je pod kątem złota, a także chromu, tytanu i arsenu, które są kojarzone ze złotem. Czasami owady wynoszą spod piasku nawet cząsteczki złota, ponieważ ten miękki metal nadaje się do ich mocnych szczęk.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Nowe 14-pinowe mikrokontrolery Flash

▪ Komputer z systemem Windows bez jednostki systemowej

▪ Nawóz z resztek bakterii kwasu mlekowego

▪ Mężczyźni i kobiety mają różne marzenia

▪ NZXT RGB i kontroler wentylatora

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Jednostki Sprzętu Krótkofalowego. Wybór artykułów

▪ artykuł Profesjonalna fotografia ślubna. Pytania i odpowiedzi. sztuka wideo

▪ Jak wyglądała mapa polityczna Europy we wczesnym średniowieczu (koniec V do połowy XI w.)? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Ginekolog-położnik. Opis pracy

▪ artykuł Zakończenie budowy turbin wiatrowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Tranzystory polowe. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024