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圧電モーター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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圧電モーター (PM) は、圧電効果によって被駆動部 (ローターまたはアーマチュア) の機械的運動が行われる電気モーターです。

まず最初に魅力的なのは、通常は銅またはアルミニウム線と特別な積層コアで作られる誘導巻線がないことです。それらの動作要素は圧電セラミックです。

交流電圧で圧電素子を励起し、既知の機械的手段を使用して圧電素子の振動を作動要素の回転運動に変換するだけで十分であるように思われる。しかし、この原理は単純ですが、実際に遭遇する圧電素子の振動の周波数と振幅に対して実装するのは困難です。

PD オプションの 1 つでは、三相電場を使用してピエゾ素子を XNUMX つの平面で同時に曲げ、前方に移動するピエゾ素子の端が円形の軌道を描くようにすることが提案されています (図 XNUMX)。

圧電モーター

可動端にはピン 1 があり、ローター 2 と摩擦相互作用して回転させます。この原則は実際には適用されていません。

ステッパー PD はさらに実用化されています。これらのエンジン (図 2) では、音叉またはカンチレバーに取り付けられた圧電素子が振動運動をロッド 2 に伝達し、ロッド 3 がローター XNUMX を XNUMX 歯分動かします。

圧電モーター

ロッドが反対方向に移動すると、爪 4 がローター 3 の位置を固定します。この PD のより単純なバージョンは、長方形のプレートの形で作られた圧電素子 3 で構成されるモーター (図 1a) です。、一方の端は外力によってローターの表面に押し付けられます 2。ピエゾ素子が電気的に励起されると、この端はオールブレードのように閉じた経路に沿って動き、ローターに周期的に運動量を与えます。その設計を図 3,b にさらに詳しく示します。ステータ１のベースには圧電素子２とベアリング３が取り付けられている。ロータ４は通常、硬質材料（鋼、セラミックス）で作られている。クランプ要素７は平鋼バネの形で作ることができ、その端部が弾性ガスケット８を介して圧電素子２の端部を押す。クランプ力を変更するには、調整ネジ９が取り付けられる。

圧電モーター

このシステムにおけるロータの回転速度は、圧電素子の最大許容変位振幅またはその過熱によって決まります。キュリー点を超えて過熱すると、圧電特性が失われます。ほとんどの工業用材料のキュリー温度は 250°C を超えるため、変位の最大振幅は材料の引張強度によって制限されます。 TBK-3 材料の場合、最大許容線速度 V1,5 は 0,75 m/s です。 60 倍の安全マージンを考慮して、Vl = 1 m/s とします。 PD のローター速度は n = 0,5Vl/πD (min-3000) です。それぞれ、D = 1 cm の場合、n = 5 min-300、D = 1 cm の場合、n = 30 min-1。このように、ＰＤロータの径を変えるだけで、ＰＤシャフトの幅広い回転周波数をカバーすることができる。供給電圧を下げることにより、単位質量当たりの十分に高い軸出力を維持しながら、回転速度を XNUMX min-XNUMX まで下げることができます。

PD を他の電気モーターと比較できる重要な特性は、効率係数 (効率) です。効率は PD の設計、押し付け力と角度、接触角、ローターの材質と耐摩耗性ガスケット、動作周波数に依存するため、PD のこのパラメータを推定することは非常に困難です。

端部に取り付けられた圧電素子を備えた上記の PD について、シャフト M 上のモーメント (図 4a) およびクランプ力に対する効率の依存性が研究されました。 (図 4、b) および励起周波数 f (図 4、c)。最大効率は圧電素子の材質によって異なりますが、例えばPKR-10では85%という記録的な効率が得られました。現在、根本的に異なる PD 設計が 50 種類以上あります。

圧電モーター

PD の最も重要な利点の 0,2 つは、非常に小さなローターの動きを実現できることです。たとえば、回転速度が 6 ～ 1 rpm の一部の PD サンプルでは、単一パルスが適用されると、ローターの角運動は円周の 3000000/0,4、つまり 3/5 になります。 XNUMX 秒角。さらに、PD はコンピュータから直接制御できます。 PD の寸法と重量は従来の電気モーターの XNUMX ～ XNUMX 分の XNUMX であるため、ビデオカメラ、磁気およびレーザーディスクドライブ、および科学研究に使用できます。

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