Техника - молодёжи 1981-08, страница 12

когда в пьезоэлементе возникают продольные колебания, она при каждом колебании чуть-чуть подталкивала ротор (на схеме — по часовой стрелке). Если питающее напряжение достаточно высокой частоты, ротор практически непрерывно вращается. Конечно, процесс взаимодействия между толкающим концом пьезоэлемента и ротором совсем не прост и допускает различные режимы, что показано на рисунке 2. Но эти тонкости не меняют самой идеи конструкции, идеи пьезоэлектрического двигателя (1964 г.).

Дальнейшие исследования в этом направлении привели к тому, что авторы разработали ни много ни мало — целых 60 (I) принципиально различных вариантов ПЭД. Более того, они не прошли мимо еще одного обстоятельства: как и всякий электродвигатель, ПЭД должен быть обратим, то есть при определенных условиях работать в генераторном режиме, преобразуя механическую энергию в электрическую (прямой пьезоэффект). А в результате построили три конкретные конструкции пьезогенерато-ров.

Вот что говорят Вишневский и Карташов:

«В пьезоэлементе можно электрически возбуждать одновременно и продольные и поперечные колебания и электрически их фазировать. Итоговые колебания могут быть из-гибными, сдвиговыми, крутильными, в разных направлениях в пластинах, брусках, дисках, цилиндрах. При этом ротор и статор могут содержать независимо возбуждаемые пьезоэлементы. Наконец в качестве возбуждаемых могут использоваться не только пьезоэлектрические материалы, но и пьезо-магнитные с возбуждением механических колебаний переменным магнитным полем.

Благодаря этому существует большое разнообразие конструктивных вариантов пьезодвигателей... Отметим, что все они, вместе взятые, могут решать самые разнообразные технические задачи. Например, пьезоэлектрический двигатель можно выполнить плоским с осью вращения как параллельной, так и перпендикулярной базовой плоскости двигателя. Его можно сделать в виде трубы, ось которой совпадает с осью вращения ротора. Использование пьезо-магнитных материалов позволяем спроектировать двигатель на напряжение менее одного вольта. Электрическое возбуждение двух типов колебаний дает возможность осуществить реверс и т. д.

...Изменяя диаметр ротора и конструкцию пьезоэлемента, можно проектировать двигатели на скоро

сти вращения от нескольких тысяч до единиц оборотов в минуту».

Последнее обстоятельство позволяет, применяя пьезодвигатели, исключить редукторные передачи практически везде, где они сейчас применяются. Вспомним, что современные механические часы, чем бы ни возбуждались в них основные колебания — маятником, пружиной, кварцевым генератором, — представляют собой большой редуктор, где исходная частота делится или умножается шестеренчатыми передачами несколько раз

Сразу возникает вопрос: а каков у этих двигателей коэффициент полезного действия? По мнению киевлян, «с этим дело обстоит неплохо». Добавлю от себя — весьма неплохо, ведь лабораторные, по сути, образцы уже имеют КПД, достигающий 85%, а в принципе возможно создание двигателей с КПД, превышающим 95%!

Теперь к месту вспомнить об электромагнитных двигателях. Не будем заниматься утомительными цифровыми сопоставлениями и шарить по столбцам в таблицах срав-

Фото 1. Неснольно образцов пьезодвигателей, созданных в Киевском политехническом институте. По авторучке, лежащей рядом, можно получить представление об их размерах.

Фото 2. Все познается в сравнении: справа — ПЭД, слева — обычный электромотор.

Фото 3. Лучший отечественный кассетный магнитофон «Рута-101» (с него снята верхняя декоративная панель). В левой части стрелка 1 указывает на свободное пространство, отведенное под заводской двигатель. Приглядитесь: крошечная деталь в центре, на которую нацелена стрелна 2, и есть пьезоэлектрический двигатель, по всем параметрам заменяющий (а по многим и превосходящий) первоначальный

электромагнитный.

и превращается в движение секундной, минутной и часовой стрелок. Так вот в принципе возможно создание стрелочных часов совершенно нового типа — без шестерен. В них три отдельных пьезодвига-теля двигали бы каждый свою стрелку, питаясь от общего генератора.

Посмотрите на фото 1. На столе, рядом с обычной авторучкой, лежат семнадцать пьезодвигателей. Большой диск — это его мне предлагали остановить рукой — имеет мощность на валу порядка 10 Вт; самый маленький - - доли ватта. А в лаборатории уже испытан двигатель на мощность 0,0001 Вт. В то же время подбор подходящего материала для пьезоэлемента (например, армированная пьезокерамика) позволит без какого-либо изменения конструкции выполнить двигатель мощностью 1000 Вт.

нительных характеристик. Взгляните на фото 2: на ладонях одного из авторов изобретения покоятся два двигателя для стационарного кассетного магнитофона первого класса — серийный электромагнитный постоянного тока и пьезоэлектрический. Какой где, наверное, объяснять не надо. Их параметры : мощность на валу 1 и 2,5 Вт, КПД 50% и 80% соответственно.

Не случайно энтузиасты прежде всего испытали пьезодвигатели на лентопротяжных механизмах магнитофонного типа. Именно здесь главные особенности ПЭД — широкий диапазон скоростей, высокий КПД, самозаторможенность при отключении питания, ожидаемая низкая стоимость (тем более в крупносерийном производстве) — позволяют резко упростить и удешевить кинематическую схему магнитофона (см. фото 3), создать для

10