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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Moteurs piézoélectriques. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / L'électricité pour les débutants Un moteur piézoélectrique (PD) est un moteur électrique dans lequel le mouvement mécanique du corps entraîné (rotor ou armature) est effectué en raison de l'effet piézoélectrique. La première chose qui les attire est l'absence d'enroulements d'induction, généralement constitués de fil de cuivre ou d'aluminium et d'un noyau spécial de composition. L'élément de travail en eux est la céramique piézoélectrique. Il semblerait qu'il suffise d'exciter l'élément piézoélectrique avec une tension électrique alternative et, à l'aide de moyens mécaniques connus, de convertir les oscillations de l'élément piézoélectrique en mouvement de rotation du corps de travail. Mais, bien que ce principe soit simple, il est difficile à mettre en oeuvre pour les fréquences et amplitudes d'oscillations piézoélectriques rencontrées en pratique. Dans l'une des variantes de PD, il est proposé de courber l'élément piézoélectrique simultanément dans trois plans à l'aide d'un champ électrique triphasé afin que son extrémité, en avançant, décrive une trajectoire circulaire (Fig. 1).
À l'extrémité mobile, il y avait une goupille 1, qui interagissait par frottement avec le rotor 2, le faisant tourner. Ce principe n'a pas été appliqué dans la pratique. Les DP étape par étape ont reçu une plus grande application pratique. Dans ces moteurs (Fig. 2), un diapason ou un élément piézoélectrique en porte-à-faux transmet un mouvement oscillatoire à la tige 2, qui déplace le rotor 3 d'une dent.
Lorsque la tige se déplace dans le sens opposé, le cliquet 4 fixe la position du rotor 3. Une version plus simple de ce PD est un moteur (Fig. 3, a), constitué d'un élément piézoélectrique 1, réalisé sous la forme d'un plaque rectangulaire, qui est pressée à une extrémité par une force externe contre la surface du rotor 2 Lorsque l'élément piézoélectrique est excité électriquement, cette extrémité, comme une lame de rame, se déplace le long d'un chemin fermé, donnant périodiquement une impulsion au rotor. Sa conception est illustrée plus en détail sur la figure 3b. Un élément piézoélectrique 1 et des paliers 2 sont installés sur la base du stator 3. Le rotor 4 est généralement réalisé en matériaux durs (acier, céramique). L'élément de serrage 7 peut être réalisé sous la forme d'un ressort en acier plat dont l'extrémité, à travers le joint élastique 8, appuie sur l'extrémité de l'élément piézoélectrique 2. Pour modifier la force de serrage, une vis de réglage 9 est installée.
La vitesse de rotation du rotor dans ce système est déterminée par l'amplitude de déplacement maximale admissible de l'élément piézoélectrique ou sa surchauffe. En cas de surchauffe au-dessus du point de Curie, les propriétés piézoélectriques sont perdues. Pour la plupart des matériaux industriels, la température de Curie dépasse 250°C, de sorte que l'amplitude maximale de déplacement est limitée par la résistance à la traction du matériau. Pour le matériau TBK-3, la vitesse linéaire maximale admissible Vl est de 1,5 m/s. Compte tenu de la double marge de résistance, nous prendrons Vl = 0,75 m/s. La fréquence de rotation du rotor PD est n = 60Vl/πD (min-1). Pour D = 0,5 cm, n = 3000 min-1, pour D = 5 cm, respectivement, n = 300 min-1. Ainsi, en changeant uniquement le diamètre du rotor PD, il est possible de couvrir une large gamme de fréquences de rotation de l'arbre PD. La diminution de la tension d'alimentation permet de réduire la vitesse de rotation à 30 min-1 tout en maintenant une puissance sur l'arbre par unité de masse suffisamment élevée. Une caractéristique importante des PD, qui permet de les comparer avec d'autres moteurs électriques, est le coefficient de performance (COP). L'estimation de ce paramètre pour le PD est très difficile, car l'efficacité dépend de la conception du PD, de la force et de l'angle de pression, de l'angle de contact, du matériau du rotor et du joint résistant à l'usure, ainsi que de la fréquence de fonctionnement. Pour le PD décrit ci-dessus avec un élément piézoélectrique monté en extrémité, la dépendance de l'efficacité du moment sur l'arbre M (Fig. 4, a), sur la force de serrage a été étudiée. (Fig. 4b) et sur la fréquence d'excitation f (Fig. 4c). L'efficacité maximale dépend du matériau de l'élément piézoélectrique, par exemple, pour le PKR-10, une efficacité record de 85% a été obtenue. Actuellement, il existe plus de 50 conceptions de PD fondamentalement différentes.
L'un des avantages les plus importants de PD est la possibilité d'obtenir de très petits mouvements du rotor. Par exemple, certains échantillons de DP avec une fréquence de rotation de 0,2 à 6 tr/min, lorsqu'une seule impulsion est appliquée, donnent un déplacement angulaire du rotor de 1/3000000 0,4 3 de la circonférence, c'est-à-dire 5 seconde d'arc. De plus, les PD peuvent être contrôlés directement depuis un ordinateur. En raison du fait que les dimensions et le poids des PD sont XNUMX à XNUMX fois plus petits que ceux des moteurs électriques conventionnels, ils peuvent être utilisés dans les caméras vidéo, les lecteurs de disques magnétiques et laser et dans la recherche scientifique.
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