Piezoelektrische Motoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Strom für Anfänger

 Kommentare zum Artikel

Ein piezoelektrischer Motor (PM) ist ein Elektromotor, bei dem die mechanische Bewegung des angetriebenen Teils (Rotor oder Anker) aufgrund des piezoelektrischen Effekts erfolgt.

Das erste, was auffällt, ist das Fehlen von Induktionswicklungen, die normalerweise aus Kupfer- oder Aluminiumdraht und einem speziellen Stapelkern bestehen. Das Arbeitselement in ihnen ist piezoelektrische Keramik.

Es scheint ausreichend zu sein, das Piezoelement mit elektrischer Wechselspannung anzuregen und mit bekannten mechanischen Mitteln die Schwingungen des Piezoelements in eine Drehbewegung des Arbeitselements umzuwandeln. Obwohl dieses Prinzip einfach ist, ist es für die in der Praxis vorkommenden Frequenzen und Schwingungsamplituden des piezoelektrischen Elements schwierig umzusetzen.

In einer der PD-Optionen wird vorgeschlagen, das Piezoelement mithilfe eines dreiphasigen elektrischen Feldes gleichzeitig in drei Ebenen zu biegen, sodass sein vorwärts bewegtes Ende eine kreisförmige Flugbahn beschreibt (Abb. 1).

Am beweglichen Ende befand sich ein Stift 1, der reibschlüssig mit dem Rotor 2 zusammenwirkte und diesen in Drehung versetzte. Dieses Prinzip hat keine praktische Anwendung gefunden.

Stepper-PDs haben eine größere praktische Anwendung gefunden. Bei diesen Motoren (Abb. 2) überträgt eine Stimmgabel oder ein freitragend montiertes piezoelektrisches Element eine Schwingbewegung auf die Stange 2, die den Rotor 3 um einen Zahn bewegt.

Wenn sich die Stange in die entgegengesetzte Richtung bewegt, fixiert die Sperrklinke 4 die Position des Rotors 3. Eine einfachere Version dieses PD ist ein Motor (Abb. 3a), bestehend aus einem piezoelektrischen Element 1 in Form einer rechteckigen Platte , das an einem Ende durch eine äußere Kraft an die Oberfläche des Rotors 2 gedrückt wird. Bei elektrischer Erregung des Piezoelements bewegt sich dieses Ende wie ein Ruderblatt auf einer geschlossenen Bahn und gibt dem Rotor periodisch Impuls. Sein Aufbau ist in Abb. 3, b detaillierter dargestellt. Auf der Basis des Stators 1 sind ein piezoelektrisches Element 2 und Lager 3 montiert. Der Rotor 4 besteht üblicherweise aus harten Materialien (Stahl, Keramik). Das Klemmelement 7 kann in Form einer flachen Stahlfeder ausgeführt sein, deren Ende über die elastische Dichtung 8 auf das Ende des Piezoelements 2 drückt. Zur Änderung der Klemmkraft ist eine Einstellschraube 9 eingebaut.

Die Rotordrehzahl wird bei diesem System durch die maximal zulässige Auslenkungsamplitude des Piezoelements bzw. dessen Überhitzung bestimmt. Bei Überhitzung über den Curie-Punkt gehen die piezoelektrischen Eigenschaften verloren. Bei den meisten Industriematerialien liegt die Curie-Temperatur über 250 °C, sodass die maximale Verschiebungsamplitude durch die Zugfestigkeit des Materials begrenzt ist. Für das Material TBK-3 beträgt die maximal zulässige Lineargeschwindigkeit Vl 1,5 m/s. Unter Berücksichtigung der doppelten Sicherheitsmarge gehen wir von Vl = 0,75 m/s aus. Die Rotordrehzahl des PD beträgt n = 60Vl/πD (min-1). Für D = 0,5 cm n = 3000 min-1, für D = 5 cm jeweils n = 300 min-1. Indem nur der Durchmesser des PD-Rotors geändert wird, ist es somit möglich, einen weiten Bereich von Rotationsfrequenzen der PD-Welle abzudecken. Durch die Reduzierung der Versorgungsspannung ist es möglich, die Drehzahl auf 30 min-1 zu reduzieren und gleichzeitig eine ausreichend hohe Wellenleistung pro Masseneinheit beizubehalten.

Ein wichtiges Merkmal von PDs, das einen Vergleich mit anderen Elektromotoren ermöglicht, ist der Wirkungsgrad (Wirkungsgrad). Die Schätzung dieses Parameters für ein PD ist sehr schwierig, da die Effizienz vom Design des PD, der Anpresskraft und dem Anpresswinkel, dem Kontaktwinkel, dem Rotormaterial und der verschleißfesten Dichtung sowie der Betriebsfrequenz abhängt.

Für den oben beschriebenen PD mit einem am Ende angebrachten piezoelektrischen Element wurde die Abhängigkeit des Wirkungsgrads vom Moment an der Welle M (Abb. 4a) und von der Klemmkraft untersucht. (Abb. 4, b) und von der Anregungsfrequenz f (Abb. 4, c). Der maximale Wirkungsgrad hängt vom Material des piezoelektrischen Elements ab; für PKR-10 wurde beispielsweise ein Rekordwirkungsgrad von 85 % erreicht. Derzeit gibt es mehr als 50 grundsätzlich unterschiedliche PD-Designs.

Einer der wichtigsten Vorteile von PD ist die Möglichkeit, sehr kleine Rotorbewegungen zu erreichen. Beispielsweise ergeben einige PD-Proben mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 0,2–6 U/min bei Anlegen eines einzelnen Impulses eine Winkelbewegung des Rotors von 1/3000000 des Umfangs, d. h. 0,4 Bogensekunden. Darüber hinaus können PDs direkt von einem Computer aus gesteuert werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Abmessungen und das Gewicht von PDs drei- bis fünfmal kleiner sind als die von herkömmlichen Elektromotoren, können sie in Videokameras, Magnet- und Laserplattenlaufwerken sowie in der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt werden.

Siehe andere Artikel Abschnitt Strom für Anfänger.

Lesen und Schreiben nützlich Kommentare zu diesem Artikel.

<< Zurück

Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Luftfalle für Insekten 01.05.2024

Die Landwirtschaft ist einer der Schlüsselsektoren der Wirtschaft und die Schädlingsbekämpfung ist ein integraler Bestandteil dieses Prozesses. Ein Team von Wissenschaftlern des Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, hat eine innovative Lösung für dieses Problem gefunden – eine windbetriebene Insektenluftfalle. Dieses Gerät behebt die Mängel herkömmlicher Schädlingsbekämpfungsmethoden, indem es Echtzeitdaten zur Insektenpopulation liefert. Die Falle wird vollständig mit Windenergie betrieben und ist somit eine umweltfreundliche Lösung, die keinen Strom benötigt. Sein einzigartiges Design ermöglicht die Überwachung sowohl schädlicher als auch nützlicher Insekten und bietet so einen vollständigen Überblick über die Population in jedem landwirtschaftlichen Gebiet. „Durch die rechtzeitige Beurteilung der Zielschädlinge können wir die notwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten ergreifen“, sagt Kapil ... >>

Die Bedrohung des Erdmagnetfeldes durch Weltraummüll 01.05.2024

Immer häufiger hören wir von einer Zunahme der Menge an Weltraummüll, der unseren Planeten umgibt. Zu diesem Problem tragen jedoch nicht nur aktive Satelliten und Raumfahrzeuge bei, sondern auch Trümmer alter Missionen. Die wachsende Zahl von Satelliten, die von Unternehmen wie SpaceX gestartet werden, schafft nicht nur Chancen für die Entwicklung des Internets, sondern auch ernsthafte Bedrohungen für die Weltraumsicherheit. Experten richten ihre Aufmerksamkeit nun auf die möglichen Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld. Dr. Jonathan McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics betont, dass Unternehmen rasch Satellitenkonstellationen aufbauen und die Zahl der Satelliten im nächsten Jahrzehnt auf 100 ansteigen könnte. Die schnelle Entwicklung dieser kosmischen Satellitenarmadas kann zu einer Kontamination der Plasmaumgebung der Erde mit gefährlichen Trümmern und einer Gefahr für die Stabilität der Magnetosphäre führen. Metallabfälle von gebrauchten Raketen können die Ionosphäre und Magnetosphäre stören. Beide Systeme spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz und der Erhaltung der Atmosphäre ... >>

Verfestigung von Schüttgütern 30.04.2024

In der Welt der Wissenschaft gibt es viele Geheimnisse, und eines davon ist das seltsame Verhalten von Schüttgütern. Sie verhalten sich möglicherweise wie ein Feststoff, verwandeln sich aber plötzlich in eine fließende Flüssigkeit. Dieses Phänomen hat die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen, und wir könnten der Lösung dieses Rätsels endlich näher kommen. Stellen Sie sich Sand in einer Sanduhr vor. Normalerweise fließt es frei, aber in manchen Fällen bleiben seine Partikel stecken und verwandeln sich von einer Flüssigkeit in einen Feststoff. Dieser Übergang hat wichtige Auswirkungen auf viele Bereiche, von der Arzneimittelproduktion bis zum Bauwesen. Forscher aus den USA haben versucht, dieses Phänomen zu beschreiben und seinem Verständnis näher zu kommen. In der Studie führten die Wissenschaftler Simulationen im Labor mit Daten aus Beuteln mit Polystyrolkügelchen durch. Sie fanden heraus, dass die Schwingungen innerhalb dieser Sätze bestimmte Frequenzen hatten, was bedeutete, dass sich nur bestimmte Arten von Schwingungen durch das Material ausbreiten konnten. Erhalten ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv Termitengeologen 08.11.2007 Vor etwa 30 Jahren fanden Geologen im Sand der afrikanischen Kalahari-Wüste eine Ansammlung von Sandkörnern des Minerals Ilmenit. Dieses Mineral ist charakteristisch für Kimberlitgestein, und Kimberlit enthält bekanntermaßen Diamanten. Jetzt ist dieser Ort eine der reichsten Diamantenminen der Welt. Aber wie konnte Ilmenit unter einer Sanddicke von mehreren zehn Metern an die Oberfläche gelangen? Die Termiten nahmen es heraus. Beim Bau ihrer Behausungen müssen diese Insekten tief in den Boden eindringen, wo sich feuchter Lehm befindet, aus dem sie Termitenhügel bilden. "Ein Termitenhügel ist eine nach außen gerichtete Erkundung", sagt der kanadische Geologe John Nore, der die mineralogische Zusammensetzung afrikanischer Termitenhügel untersucht. Ähnliche Forschungen werden in Australien in der Tanami-Wüste im Norden des Kontinents durchgeführt. Nur ein Prozent der Wüste ist nicht mit Sand bedeckt, und auf diesem "Fleck" wurde ein großes Goldvorkommen gefunden. Willkürliches Bohren um die umliegenden Sande herum, unter denen sich auch wertvolle Lagerstätten befinden können, ist zu teuer. Australische Geologen bohren Materialproben aus Termitenhügeln und analysieren sie auf Gold sowie Chrom, Titan und Arsen, die mit Gold in Verbindung gebracht werden. Manchmal tragen Insekten sogar Goldpartikel unter dem Sand hervor, da sich dieses weiche Metall für ihre starken Kiefer eignet.

Weitere interessante Neuigkeiten:

▪ Neue 14-Pin-Flash-Mikrocontroller

▪ Windows-PC ohne Systemeinheit

▪ Dünger aus dem Abfall von Milchsäurebakterien

▪ Männer und Frauen haben unterschiedliche Träume

▪ NZXT RGB & Lüftersteuerung

News-Feed von Wissenschaft und Technologie, neue Elektronik

Interessante Materialien der Freien Technischen Bibliothek:

▪ Abschnitt der Website Standorte von Amateurfunkgeräten. Artikelauswahl

▪ Artikel Professionelle Hochzeitsfotografie. Fragen und Antworten. Videokunst

▪ Wie sah die politische Landkarte Europas im frühen Mittelalter (spätes XNUMX. bis mittleres XNUMX. Jahrhundert) aus? Ausführliche Antwort

▪ Artikel Geburtshelfer-Gynäkologe. Jobbeschreibung

▪ Artikel Fertigstellung von Windkraftanlagen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

▪ Artikel Feldeffekttransistoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Hinterlasse deinen Kommentar zu diesem Artikel:

Alle Sprachen dieser Seite

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

Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen

www.diagramm.com.ua
2000-2024