ЕБС «Лань» інформує про те, що за вересень 2019 року оновлені доступні нашому університету тематичні колекції в ЕБС «Лань»:
Інженерно-технічні науки - Видавництво «Лань» - 20
Сподіваємося, що нова колекція літератури буде корисна в навчальному процесі.
Тестовий доступ до колекції «ПожКніга» в ЕБС «Лань»
Подробиці Опубліковано 01.10.2019Шановні читачі! C 01.10.2019 р по 31.10.2019 р нашому університету надано безкоштовний тестовий доступ до нової видавничої колекції в ЕБС «Лань»:
«Інженерно-технічні науки» видавництва «ПожКніга».
Видавництво «ПожКніга» є самостійним підрозділом Університету комплексних систем безпеки та інженерного забезпечення (м.Москва). Спеціалізація видавництва: підготовка і видання навчально-довідкової літератури з пожежної безпеки (безпека підприємств, нормативно-технічне забезпечення працівників системи комплексної безпеки, пожежного нагляду, пожежна техніка).
Успішне закінчення видачі літератури!
Подробиці Опубліковано 26.09.2019Шановні читачі! Ми раді вам повідомити про успішне закінчення видачі літератури студентам першого курсу. З 1 жовтня читальний зал відкритого доступу №1 буде працювати за звичайним графіком c 10:00 до 19:00.
З 1 жовтня студенти, які не отримали літературу зі своїми групами, запрошуються до відділів навчальної літератури (приміщення 1239, тисяча двісті сорок вісім) і відділ соціально-економічної літератури (приміщення 5512) для отримання необхідної літератури відповідно до встановлених правил користування бібліотекою.
Фотографування на читацькі квитки здійснюється в читальному залі №1 за розкладом: вівторок, четвер з 13:00 до 18:30 (перерва з 15:00 до 16:30).
27 вересня - санітарний день (підписуються обхідні листи).
Оформлення читацьких квитків
Подробиці Опубліковано 19.09.2019Шановні студенти та співробітники університету! 20.09.2019 і 23.09.2019 з 11:00 до 16:00 (перерва c 14:20 до 14:40) запрошуємо всіх бажаючих, в т.ч. студентів першого курсу, які не встигли сфотографуватися зі своїми групами, для оформлення читацького квитка в читальний зал №1 бібліотеки (пом. 1201).
З 24.09.2019 відновлюється фотографування на читацькі квитки за звичайним графіком: вівторок і четвер з 13:00 до 18:30 (перерва з 15:00 до 16:30).
Для оформлення читацького квитка необхідно при собі мати: студентам - продовжений студентський квиток, співробітникам - пропуск в університет або паспорт.
7. п'єзоелектричних мікродвигуна
П'єзоелектричними мікродвигунами (ПМД) називаються двигуни, в яких механічне переміщення ротора здійснюється за рахунок п'єзоелектричного або п'єзомагнітних ефекту.
Відсутність обмоток і простота технології виготовлення не є єдиними перевагами п'єзоелектричних двигунів. Висока питома потужність (123 Вт / к г у ПМД і 19 Вт / к г у звичайних електромагнітних мікродвигунів), великий ККД (отриманий рекордний дотепер ККД \u003d 85%), широкий діапазон частот обертання і моментів на валу, відмінні механічні характеристики, Відсутність випромінюваних магнітних полів і ряд інших переваг п'єзоелектричних двигунів дозволяють розглядати їх як двигуни, які в широких масштабах замінять застосовувані в даний час електричні мікромашини.
§ 7.1. п'єзоелектричний ефект
Відомо, що деякі тверді матеріали, наприклад, кварц здатні в електричному полі змінювати свої лінійні розміри. Залізо, нікель, сплави або оксиди при зміні навколишнього магнітного поля також можуть змінювати свої розміри. Перші з них відносяться до п'єзоелектричним матеріалами, а другі - до п'єзомагнітних. Відповідно розрізняють п'єзоелектричний і п'єзомагнітних ефекти.
П'єзоелектричний двигун може бути виконаний як з тих, так і з інших матеріалів. Однак найбільш ефективними в даний час є п'єзоелектричні, а не п'єзомагнітних двигуни.
Існує прямий і зворотний пьезоеффекти. Прямий - це поява електричного заряду при деформації п'єзоелемента. Зворотний - лінійну зміну розмірів п'єзоелемента при зміні електричного поля. Вперше п'єзоефект виявили Жанна і Поль Кюрі в 1880 році на кристалах кварцу. Надалі ці властивості були відкриті більш ніж в 1500 речовин, з яких широко використовуються сегнетова сіль, титанат барію та ін. Ясно, що п'єзоелектричні двигуни "працюють" на зворотному п'єзоефекті.
§ 7.2. Конструкція і принцип дії п'єзоелектричних мікродвигунів
В даний час відомо більше 50 різних конструкцій ПМД. Розглянемо деякі з них.
До нерухомого п'єзоелементи (ПЕ) - статора - прикладається перемінна напруга (рис. 7.1). Під дією електричного поля кінець ПЕ послідовно згинаючись в трьох площинах, описує кругову траєкторію. Штир, розташований на рухомому кінці ПЕ, фрикционно взаємодіє з ротором і призводить його в обертання.
Велике практичне значення отримали крокові ПМД (рис. 7.2.). Електромеханічний перетворювач, наприклад, у вигляді камертона 1 передає коливальні рухи стрижня 2, який переміщує ротор 3 на один зубець. При русі стрижня назад собачка 4 фіксує ротор в заданому положенні.
Потужність описаних вище конструкцій не перевищує соті частки вата, тому використання їх в якості силових приводів вельми проблематично. Найбільш перспективними виявилися конструкції, в основі яких лежить принцип весла (рис. 7.3).
Згадаймо, як рухається човен. За час, поки весло знаходиться у воді, його рух перетвориться в лінійне переміщення човна. У паузах між гребками човен рухається за інерцією.
Основними елементами конструкції розглядуваного двигуна є статор і ротор (рис.7.4). На підставі 1 встановлений підшипник 2. Ротор 3, виконаний з твердого матеріалу (сталь, чавун, кераміка та ін.) Являє собою гладкий циліндр. Невід'ємною частьюПМД є акустично ізольована від заснування і осі ротораелектромеханіческая коливальна система - осцилятор (вібратор). У найпростішому випадку він складається з п'єзопластини 4 разом з зносостійкого прокладкою 5. Другий кінець пластини закріплений в основі за допомогою еластичної прокладки 6 з фторопласта, гуми або іншого подібного матеріалу. Осцилятор притискається до ротора сталевий пружіной7, кінець якої через еластичну прокладку 8 тисне на вібратор. Длярегулірованія ступеня притиснення служить гвинт 9.
Щоб пояснити механізм утворення крутного моменту, вспомніммаятнік. Якщо маятнику повідомити коливання в двох взаємно перпендикулярних площинах, то в залежності від амплітуд, частоти і фаз сил, що обурюють його кінець буде описувати траєкторію від кола до сільновитянутого еліпса. Так і в нашому випадку. Якщо підвести до п'єзопластини змінну напругу певної частоти, її лінійний размербудет періодично змінюватися: то збільшуватися, то зменшуватися, тобто пластина буде здійснювати поздовжні коливання (рис. 7.5, а).
При збільшенні довжини пластини її кінець разом з ротором переміститься і впоперечном напрямку (рис. 7.5, б). Це еквівалентно дії поперечної згинального сили, яка викликає поперечні коливання. Сдвігфаз поздовжніх і поперечних коливань залежить від розмірів пластини, роду матеріалу, частоти напруги живлення і в загальному випадку можетізменяться від 0о до 180 о. При зсуві фаз, відмінному від 0 про і 180 о, контактна точка рухається по еліпсу. У момент зіткнення з роторомпластіна передає йому імпульс руху (рис. 7.5, в).
Лінійна швидкість обертання ротора залежить від амплітуди і частотисмещенія кінця осцилятора. Отже, чим більше напруга живлення і довжина пьезоелемента, тим більше повинна бути лінійна скоростьвращенія ротора. Однак не слід забувати, що зі збільшенням длінивібратора, зменшується частота його коливань.
Максимальна амплітуда зміщення осцилятора обмежується межею міцності матеріалу або перегрівом пьезоелемента. Перегревматеріала понад критичної температури - температури Кюрі, призводить кпотере п'єзоелектричних властивостей. Для багатьох матеріалів температураКюрі перевищує 250 0 С, тому максимальна амплітуда смещеніяпрактіческі обмежується межею міцності матеріалу. З урахуванням дворазового запасу по міцності приймають V P \u003d 0,75 м / с.
Кутова швидкість ротора
де D P - діаметр ротора.
Звідси частота обертання в оборотах в хвилину
Якщо діаметр ротора D P \u003d 0,5 - 5 см, то n \u003d 3000 - 300 об / мін.Такім чином, змінюючи тільки діаметр ротора, можна в широких межах змінювати частоту обертання машини.
Зменшення напруги живлення дозволяє знизити частоту вращеніядо 30 об / хв при збереженні досить високої потужності на едініцумасси двигуна. Арміруя вібратор високоміцними сапфіровиміпластінамі, вдається підняти частоту обертання до 10000 об / хв. Етопозволяет в широкій області практичних завдань виконувати привід безіспользованія механічних редукторів.
§ 7.3. Застосування п'єзоелектричних мікродвигунів
Треба відзначити, що застосування ПМД поки вельми обмежена. В даний час до серійного виробництва рекомендований п'єзоприводи дляпроігривателя, розробленого конструкторами об'єднання "Ельфа" (м Вільнюс), і п'єзоелектричний привід ведучого вала відеомагнітофона, створеного в об'єднанні "Позитрон".
Застосування ПМД в апаратах звуко- та відеозапису дозволяє по новому підійти до проектування механізмів транспортування стрічки, оскільки елементи цього вузла органічно вписуються в двигун, стаючи його корпусом, підшипниками, притиском і т.п. Зазначені властивості пьезодвігателей дозволяють здійснити безпосередній пріводдіска програвача шляхом установки на його валу ротора, до поверхностікоторого постійно притиснутий осцилятор. Потужність на валу проігривателяне перевищує 0,2 Вт, тому ротор ПМД може бути виготовлений як ізметалла, так і з пластмаси, наприклад карболіту.
Виготовлено дослідний зразок електробритви "Харків-6М" з двома ПМДобщей потужністю 15Вт. На базі механізму настільного годинника "Слава" виконаний варіант з кроковим пьезодвігателей. Напруга живлення 1,2 В; споживаний струм 150 мкА. Мала споживана потужність позволяетпітать їх від фотоелементів.
Приєднання до ротора ПМД стрілки і поворотній пружини дозволяє використовувати двигун як малогабаритного і дешевого приладу електровимірювання з круглою шкалою.
На основі лінійних пьезодвігателей виготовляють електріческіереле з споживаної потужністю від декількох десятків мікроват додекількох ват. Такі реле в робочому стані не споживають енергіі.После спрацьовування сила тертя надійно утримує контакти взамкнутом стані.
Розглянуто далеко не всі приклади використання ПМД. Пьезодвігателей можуть знайти широке застосування в різних автоматах, роботах, протезах, дитячих іграшках і в інших пристроях.
Вивчення пьезодвігателей тільки почалося, тому не всі іхвозможності розкриті. Гранична потужність МПД принципово необмежена. Однак конкурувати з іншими двигунами вони можуть поки діапазоні потужностей до 10 ват. Це пов'язано не тільки сконструктівнимі особливостями ПМД, а й з рівнем розвитку науки ітехніки, зокрема з вдосконаленням п'єзоелектричних, надтвердих та зносостійких матеріалів. З цієї причини мета даної лекціізаключается насамперед у підготовці майбутніх інженерів до воспріятіюновой для них області техніки перед початком промислового випускапьезоелектріческіх мікродвигунів.
Пьезодвігателей бувають з п'єзоелектричних активним статором і пасивним ротором, активним ротором і пасивним статором, активними статором і ротором. У них можуть бути порушені коливання стиснення-розтягування, вигину, зсуву, крутильні і радіальні; можливо поєднання коливань двох типів. Все це призводить до великої різноманітності теоретично можливих конструкцій двигунів. Нижче розглянуті конструкція і принцип дії двох характерних і отримали практичне застосування типів двигунів.
Принцип дії обертового пьезодвігателей зручно розглянути на прикладі конструктивної схеми двигуна з п'єзоелементом, яка вчиняє поздовжні і ізгібние коливання (рис.6.2). На активному статорі 1 встановлено п'єзоелемент, що представляє собою керамічну пластину 3 з поміщеними на її бічних поверхнях електродами 4. Один кінець керамічної пластини закріплений в статорі за допомогою еластичної прокладки 2, виготовленої з фторопласту або гуми і забезпечує акустичну ізоляцію осцилятора від статора. З протилежного боку пластини, зверненому до ротора, встановлена \u200b\u200bзносостійка прокладка 8. Пасивний ротор 9 виконаний у вигляді гладкого циліндра зі сталі або твердих сплавів. Вал ротора 10 закріплений в підшипниках 11. Вібратор притискається до ротора в поперечному напрямку сталевий пружиною 5, зусилля регулюється гвинтом 6, що впирається в еластичну прокладку 7.
Електроди вібратора розташовані таким чином, що при подачі на них напруги змінного струму необхідної частоти, близької до резонансної частоти поздовжніх коливань вібратора, пластина вібратора здійснює поздовжні коливання. При поздовжньому зсуві вільного кінця пластини в сторону ротора пластина тисне на ротор в точці А і змушує його повертатися з кутовий швидкістю ω р. Контактна точка А переміщається разом з поверхнею ротора, т. Е. Зміщується і в поперечному напрямку. Поперечна складова сили, що діє на вібратор в зоні контакту, збуджує ізгібние коливання вібратора. При зворотному поздовжньому зсуві пластини її кінець відходить від ротора, і ротор рухається за інерцією. В результаті сталих поздовжніх і згинних коливань відбувається стійке перетворення електричної енергії, споживаної вібратором, в механічну енергію обертання ротора.
Слід зазначити, що у двигунів розглянутого типу в контактній точці відбувається фактично зіткнення двох поверхонь, тому їх іноді називають пьезодвігателей ударного типу. Двигун, представлений на рис. 6.2, є нереверсивним, однак при певному ускладненні конструкції можливе створення реверсивного двигуна.
Кутова швидкість ротора ω р може бути визначена через лінійну швидкість ротора ν р і його діаметр D р за формулою ω р \u003d ν р / (D р / 2).
Лінійна швидкість ротора залежить від амплітуди і частоти зміщення вільного кінця вібратора. При збільшенні напруги живлення двигуна в досить широкому діапазоні зростає амплітуда зміщення вібратора, відповідно збільшується лінійна і кутова швидкість ротора. Максимум амплітуди зміщення обмежується межею міцності матеріалу п'єзоелемента або його перегрівом.
Виконуючи двигуни з ротором великого діаметра D р, можна отримувати низьку частоту обертання ротора ω р без застосування механічних редукторів при збереженні досить високої потужності на валу на одиницю маси.
У сучасних двигунів номінальна напруга харчування лежить в діапазоні від десятків вольт до 400 вольт; регулювання напруги дозволяє отримувати частоти обертання в діапазоні від 20 до 10.000 об / хв. Частота напруги живлення зазвичай вибирається з умови резонансу коливань; у сучасних обертових двигунів номінальна частота порядку 50-80 кГц.
Двигун аналогічної конструкції може працювати і в шаговом режимі при робочій частоті обертання 0,2-6 об / сек. При подачі одиночного імпульсу на обкладання пьезоелемента виконується дискретний крок порядку 0,1 4 кутових секунд.
Конструктивна схема двигуна другого типу з активним статором, що чинять радіальні коливання, представлена \u200b\u200bна рис.6.3.
Зовнішній пасивний ротор 1 виконаний у вигляді тонкостінної циліндра. Усередині нього знаходиться кільцевої циліндричні статорних п'єзоелемент 2, на торцевих поверхнях якого нанесені електроди, а внутрішня поверхня покрита акустично ізолюючим матеріалом. За зовнішньої утворює статора закріплені пружні сталеві пластини - штовхачі 3, встановлені під певним кутом до внутрішньої поверхні ротора і притиснуті до нього з деяким зусиллям.
Якщо зовнішній діаметр пьезоелемента значно більше його товщини і висоти, то при подачі змінної напруги на торцеві електроди зовнішня поверхня пьезоелемента починає здійснювати радіальні коливання. При позитивній напівхвилі сигналу діаметр статора збільшується і штовхачі, збільшуючи натискання на ротор, повертають його на деякий кут. Негативна полуволна сигналу викликає зменшення діаметра статора, і штовхачі прослизають по внутрішній стороні повертається ротора.
Розглянутий пьезодвігателей є нереверсивним. Однак поєднання в одному корпусі двох таких комплектів з розворотом штовхачів в протилежні сторони дозволяє отримати реверсивний двигун. У таблиці 6.1 наведені технічні дані таких двигунів, випущених у вигляді дослідної серії.
Таблиця 6.1
Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії
ультразвуковий двигун (ультразвуковий мотор, пьезодвігателей, п'єзомагнітних двигун, п'єзоелектричний двигун), (Англ. USM - Ultra Sonic Motor, SWM - Silent Wave Motor, HSM - Hyper Sonic Motor, SDM - Supersonic Direct-drive Motor та ін.) - двигун, в якому робочим елементом є п'єзоелектричний кераміка, завдяки якій він здатний перетворити електричну енергію в механічну з дуже великим ККД, що перевищує у окремих видів 90%. Це дозволяє отримувати унікальні прилади, в яких електричні коливання прямо перетворюються в обертальний рух ротора, при цьому крутний момент, що розвивається на валу такого двигуна настільки великий, що виключає необхідність застосування будь-якого механічного редуктора для підвищення крутного моменту. також даний двигун володіє випрямними властивостями гладкого фрикційного контакту. Ці властивості проявляються і на звукових частотах. Такий контакт є аналогом електричного випрямного діода. Тому ультразвуковий двигун можна віднести до фрикційним електромоторам.
Історія створення і застосування
У 1947 році були отримані перші керамічні зразки титаната барію і, вже з цього часу виробництво п'єзоелектричних моторів стало теоретично можливим. Але перший такий мотор з'явився лише через 20 років. Вивчаючи п'єзоелектричні трансформатори в силових режимах, співробітник Київського політехнічного інституту В. В. Лавриненко виявив обертання одного з них в утримувачі. Розібравшись в причини цього явища, він в 1964 році створює перший п'єзоелектричний мотор обертання, а слідом за ним і лінійний мотор для приводу реле. За першим мотором з прямим фрикційним контактом він створює групи нереверсивними моторів з механічним зв'язком пьезоелемента з ротором через штовхачі. На цій основі він пропонує десятки конструкцій нереверсивними моторів, що перекривають діапазон швидкостей від 0 до 10 000 об / хв і діапазон моментів обертання від 0 до 100 Нм. Використовуючи два нереверсивними мотора, Лавриненко оригінально вирішує проблему реверсу. Інтегрально на валу одного мотора він встановлює другий мотор. Проблему ресурсу мотора він вирішує, збуджуючи крутильні коливання в п'єзоелементі.
На десятиліття випереджаючи подібні роботи в країні і за кордоном, Лавриненко розробив практично всі основні принципи побудови п'єзоелектричних моторів, не виключивши при цьому можливість роботи їх в режимі генераторів електричної енергії.
З огляду на перспективність розробки, Лавриненко спільно з співавторами, що допомагали йому реалізувати його пропозиції, він захищає численними авторськими свідоцтвами і патентами. У Київському Політехнічному інституті створюється галузева лабораторія п'єзоелектричних двигунів під керівництвом Лавриненко, організовується перше в світі серійне виробництво пьезомоторов для відеомагнітофона "Електроніка-552». В подальшому, серійно виробляються двигуни для діапроекторів «Дніпро-2», кінокамер, приводів кульових кранів та ін. У 1980 році видавництво «Енергія» друкує першу книгу по п'єзоелектричним моторам, до них з'являється інтерес. Починаються активні розробки пьезомоторов в Каунаському політехнічному інституті під керівництвом проф. Рагульскіса К. М.. Вишневський В. С., в минулому аспірант Лавриненко, виїжджає до Німеччини, де продовжує роботу по впровадженню лінійних п'єзоелектричних двигунів на фірмі PHyzical Instryment. Поступове вивчення і розробка п'єзоелектричних двигунів виходить за межі СРСР. В Японії і Китаї активно розробляються і впроваджуються хвильові двигуни, в Америці - надмініатюрні двигуни обертання.
конструкція
Ультразвуковий двигун має значно менші габарити і масу в порівнянні з аналогічним по силовим характеристикам електромагнітним двигуном. Відсутність обмоток, просочених склеюючими складами, робить його придатним для використання в умовах вакууму. Ультразвуковий двигун має значний моментом самоторможения (до 50% від величини максимального крутного моменту) при відсутності напруги живлення за рахунок своїх конструктивних особливостей. Це дозволяє забезпечувати дуже малі дискретні кутові переміщення (від одиниць кутових секунд) без застосування будь-яких спеціальних заходів. Ця властивість пов'язана з квазінепереривних характером роботи пьезодвігателей. Дійсно, п'єзоелемент, який перетворює електричні коливання в механічні харчується не постійною, а змінною напругою резонансної частоти. При подачі одного або двох імпульсів можна отримати дуже маленьке кутове переміщення ротора. Наприклад, деякі зразки ультразвукових двигунів, Що мають резонансну частоту 2 МГц і робочу частоту обертання 0,2-6 об / сек, при подачі одиночного імпульсу на обкладання пьезоелемента дадуть в ідеальному випадку кутове переміщення ротора в 1 / 9.900.000-1 / 330.000 від величини окружності, тобто 0 , 13-3,9 кутових секунд.
Одним із серйозних недоліків такого двигуна є значна чутливість потрапити в нього твердих речовин (наприклад піску). З іншого боку, пьезодвігателей можуть працювати в рідкому середовищі, наприклад у воді або в маслі.
Принцип роботи лінійного пьезодвігателей, що працює на періодичному зачепленні
На основі п'єзоелектричних двигунів розроблялися: приводи антен і камер спостереження, електробритви, приводи ріжучого інструменту, стрічкопротяжні механізми, баштові вуличні годинник, приводи кульових кранів, низькообертовий (2 об / хв) приводи рекламних платформ, електродрилі, приводи дитячих іграшок і рухомих протезів, стельові вентилятори, приводи роботів і т. д.
Хвильові п'єзоелектричні двигуни також використовуються в об'єктивах для однооб'єктивних дзеркальних фотоапаратів. Варіації назви технології в таких об'єктивах різних виробників:
- Canon - USM, UltraSonic Motor;
- Minolta, Sony - SSM, SuperSonic Motor;
- Nikon - SWM, Silent Wave Motor;
- Olympus - SWD, Supersonic Wave Drive;
- Panasonic - XSM, Extra Silent Motor;
- Pentax - SDM, Supersonic Drive Motor;
- Sigma - HSM, Hyper Sonic Motor;
- Tamron - USD, Ultrasonic Silent Drive, PZD, Piezo Drive.
- Samsung - SSA, Super Sonic Actuator;
У верстатобудуванні такі двигуни застосовуються для надточного позиціонування різального інструменту.
Наприклад, є спеціальні резцедержатели для токарних верстатів з мікропривід різця.
Див. також
Напишіть відгук про статтю "Ультразвуковий двигун"
література
- Авторське свідоцтво № 217509 « Електричний двигун», Авт. Лавриненко В. В., Некрасов М. М. за заявкою № 1006424 з пріор. від 10 травня 1965 р
- США, Патент № 4.019.073, 1975 г.
- США, Патент № 4.453.103, 1982 р
- США, Патент № 4.400.641, 1982 р
- П'єзоелектричні двигуни. В. В. Лавриненко, І. А. Карташов, В. С. Вишневський. Вид. "Енергія" 1980 р
- Вібродвигуни. Р. Ю. Бансявічюс, До. М. Рагульскіс. Вид. «Мокслас" 1981 р
- Survey of the variousoperating principles of ultrasonicpiezomotors. K.Spanner, White Paper for ACTUATOR 2006.
- Принципи побудови п'єзоелектричних моторів. В. Лавриненко, ISBN 978-3-659-51406-7, ISBN 3659514063, изд. «Lambert», 2015-го, 236с.
посилання
Примітки
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Уривок, що характеризує Ультразвуковий двигун
Борис в числі небагатьох був на Немане в день побачення імператорів; він бачив плоти з вензелями, проїзд Наполеона по тому березі мимо французької гвардії, бачив задумане обличчя імператора Олександра, в той час як він мовчки сидів у корчмі на березі Німану, очікуючи прибуття Наполеона; бачив, як обидва імператора сіли в човни і як Наполеон, приставши перш до плоту, швидкими кроками пішов вперед і, зустрічаючи Олександра, подав йому руку, і як обидва зникли в павільйоні. З часу свого вступу у вищі світи, Борис зробив собі звичку уважно спостерігати те, що відбувалося навколо нього і записувати. Під час побачення в Тільзіті він розпитував про імена тих осіб, які приїхали з Наполеоном, про мундирах, які були на них надіті, і уважно прислухався до слів, які були сказані важливими особами. У той самий час, як імператори увійшли до павільйону, він подивився на годинник і не забув подивитися знову в той час, коли Олександр вийшов з павільйону. Побачення тривало годину і п'ятдесят три хвилини: він так і записав це в той вечір в числі інших фактів, які, він вважав, мали історичне значення. Так як свита імператора була дуже невелика, то для людини, що дорожить успіхом по службі, перебувати в Тільзіті під час побачення імператорів було справою дуже важливим, і Борис, потрапивши в Тильзит, відчував, що з цього часу положення його абсолютно утвердилося. Його не тільки знали, але до нього придивилися і звикли. Два рази він виконував доручення до самого государя, так що государ знав його в обличчя, і все наближені не тільки не дічілісь його, як раніше, вважаючи за нове обличчя, але здивувалися б, якби його не було.Борис жив з іншим ад'ютантом, польським графом Жилінським. Жилінський, вихований в Парижі поляк, був багатий, пристрасно любив французів, і майже кожен день під час перебування в Тільзіті, до Жилінський і Борису збиралися на обіди та сніданки французькі офіцери з гвардії і головного французького штабу.
24 го червня ввечері, граф Жилінський, співмешканець Бориса, влаштував для своїх знайомих французів вечерю. На вечері цьому був почесний гість, один ад'ютант Наполеона, кілька офіцерів французької гвардії і молодий хлопчик старої аристократичної французької прізвища, паж Наполеона. У цей самий день Ростов, користуючись темрявою, щоб не бути впізнаним, в статського плаття, приїхав в Тильзит і увійшов в квартиру Жилинского і Бориса.
У Ростові, також як і у всій армії, з якої він приїхав, ще далеко не здійснився щодо Наполеона і французів, з ворогів зробилися друзями, той переворот, який стався в головній квартирі і в Борисові. Все ще продовжували в армії відчувати колишнє змішане почуття злоби, презирства і страху до Бонапарта і французам. Ще недавно Ростов, розмовляючи з Платовская козачим офіцером, сперечався про те, що якби Наполеон був узятий в полон, з них звернулися б не як з государем, а як зі злочинцем. Ще недавно на дорозі, зустрівшись з французьким пораненим полковником, Ростов розпалився, доводячи йому, що не може бути миру між законним государем і злочинцем Бонапарта. Тому Ростова дивно вразив в квартирі Бориса вид французьких офіцерів в тих самих мундирах, на які він звик зовсім інакше дивитися з фланкерской ланцюга. Як тільки він побачив висунувся з дверей французького офіцера, це почуття війни, ворожості, яке він завжди відчував при вигляді ворога, раптом охопило його. Він зупинився на порозі і по російськи запитав, чи тут живе Друбецкой. Борис, зачувши чужий голос в передній, вийшов до нього назустріч. Обличчя його в першу хвилину, коли він дізнався Ростова, висловило досаду.
- Ах ти, дуже радий, дуже радий тебе бачити, - сказав він проте, посміхаючись і просуваючись до нього. Але Ростов зауважив перший його рух.
- Я не під час здається, - сказав він, - я б не приїхав, але мені справу є, - сказав він холодно ...
- Ні, я тільки дивуюся, як ти з полку приїхав. - «Dans un moment je suis a vous», [Цю хвилину я до твоїх послуг,] - звернувся він на голос кликав його.
- Я бачу, що я невчасно, - повторив Ростов.
Вираз досади вже зникло на обличчі Бориса; мабуть обдумавши і вирішивши, що йому робити, він з особливим спокоєм взяв його за обидві руки і повів в сусідню кімнату. Очі Бориса, спокійно і твердо дивились на Ростова, були наче застелений ніж те, як ніби якась заслонка - сині окуляри гуртожитку - були надіті на них. Так здавалося Ростову.
- Ах повно, будь ласка, чи можеш ти бути не під час, - сказав Борис. - Борис ввів його в кімнату, де був накритий вечерю, познайомив з гостями, назвавши його і пояснивши, що він був не статський, але гусарський офіцер, його старий приятель. - Граф Жилінський, le comte N.N., le capitaine S.S., [граф М.М., капітан С.С.] - називав він гостей. Ростов насуплено дивився на французів, неохоче розкланювався і мовчав.
Жилінський, мабуть, не радо прийняв це нове російське обличчя в свій гурток і нічого не сказав Ростову. Борис, здавалося, не помічав того, що сталося вояки із нового обличчя і з тим же приємним спокоєм і застланностью в очах, з якими він зустрів Ростова, намагався оживити розмову. Один з французів звернувся зі звичайною французькою ввічливістю до уперто мовчав Ростову і сказав йому, що ймовірно для того, щоб побачити імператора, він приїхав в Тильзит.
- Ні, у мене є справа, - коротко відповів Ростов.
Ростов став не в дусі відразу ж після того, як він зауважив незадоволення на обличчі Бориса, і, як завжди буває з людьми, які не в дусі, йому здавалося, що все неприязно дивляться на нього і що всім він заважає. І дійсно він заважав усім і один залишався поза знову зав'язався загального розмови. «І навіщо він сидить тут?» говорили погляди, які кидали на нього гості. Він встав і підійшов до Бориса.
- Однак я тебе соромитися, - сказав він йому тихо, - підемо, поговоримо про справу, і я піду.
- Та ні, аніскільки, сказав Борис. А якщо ти втомився, підемо в мою кімнатку і лягай відпочинь.
- І справді ...
Вони увійшли в маленьку кімнатку, де спав Борис. Ростов, що не сідаючи, негайно ж з роздратуванням - наче Борис був у чому небудь винен перед ним - почав йому розповідати справа Денисова, запитуючи, чи хоче і чи може він просити про Денисова через свого генерала у государя і через нього передати лист. Коли вони залишилися вдвох, Ростов в перший раз переконався, що йому ніяково було дивитися в очі Борису. Борис заклавши ногу на ногу і погладжуючи лівою рукою тонкі пальці правої руки, слухав Ростова, як слухає генерал доповідь підлеглого, то дивлячись в сторону, то з тою ж застланностію в погляді прямо дивлячись в очі Ростову. Ростову щоразу при цьому ставало ніяково і він опускав очі.
- Я чув про такого роду справи і знаю, що Государ дуже суворий в цих випадках. Я думаю, треба б не доводити до Його Величності. На мою думку, краще б прямо просити корпусного командира ... Але взагалі я думаю ...
- Так ти нічого не хочеш зробити, так і скажи! - закричав майже Ростов, не дивлячись у очі Борису.
Борис посміхнувся: - Навпаки, я зроблю, що можу, тільки я думав ...
В цей час в двері почувся голос Жилинского, що звав Бориса.
- Ну йди, йди, йди ... - сказав Ростов і відмовившись від вечері, і залишившись один у маленькій кімнатці, він довго ходив в ній взад і вперед, і слухав веселий французький говір із сусідньої кімнати.
Ростов приїхав в Тильзит в день, найменше зручний для клопотання за Денисова. Самому йому не можна було йти до чергового генералу, так як він був у фраку і без дозволу начальства приїхав в Тильзит, а Борис, якщо навіть і хотів, не міг зробити цього на інший день після приїзду Ростова. У цей день, 27 го червня, були підписані перші умови світу. Імператори помінялися орденами: Олександр отримав Почесного легіону, а Наполеон Андрія 1 го ступеня, і в цей день був призначений обід Преображенському батальйону, який давав йому батальйон французької гвардії. Добродії повинні були бути присутніми на цьому банкеті.
Ростову було так ніяково і неприємно з Борисом, що, коли після вечері Борис заглянув до нього, він прикинувся сплячим і на інший день рано вранці, намагаючись не бачити його, пішов з дому. У фраку і круглому капелюсі Микола блукав по місту, розглядаючи французів і їх мундири, розглядаючи вулиці і будинки, де жили російський і французький імператори. На площі він бачив розставляються столи і приготування до обіду, на вулицях бачив перекинуті драпірування з прапорами російських і французьких квітів і величезні вензелі А. і N. У вікнах будинків були теж прапори і вензелі.
«Борис не хоче допомогти мені, та й я не хочу звертатися до нього. Це справа вирішена - думав Микола - між нами все скінчено, але я не поїду звідси, зробивши все, що можу для Денисова і головне не передавши листа государю. Государю?! ... Він тут! » думав Ростов, підходячи мимоволі знову до дому, займаному Олександром.
У будинку цього стояли верхові коні і з'їжджалася свита, мабуть готуючись до виїзду государя.
«Будь-яку хвилину я можу побачити його, - думав Ростов. Якби тільки я міг прямо передати йому лист і сказати все, невже мене б заарештували за фрак? Не може бути! Він би зрозумів, на чиєму боці справедливість. Він все розуміє, все знає. Хто ж може бути більш справедливою і великодушними його? Ну, да якби мене і заарештували б за те, що я тут, що ж за біда? » думав він, дивлячись на офіцера, сходи в будинок, займаний государем. «Адже ось сходять ж. - Е! все дурниця. Піду і подам сам лист государю: тим гірше буде для Друбецкого, який довів мене до цього ». І раптом, з рішучістю, якої він сам не чекав від себе, Ростов, обмацавши лист в кишені, пішов прямо до будинку, займаного государем.
«Ні, тепер уже не втрачу випадку, як після Аустерліца, думав він, чекаючи будь-яку секунду зустріти государя і відчуваючи прилив крові до серця при цій думці. Упаду в ноги і буду просити його. Він підніме, вислухає і ще подякує мене ». «Я щасливий, коли можу зробити добро, але виправити несправедливість є найбільше щастя», уявляв Ростов слова, які скаже йому государ. І він пішов повз цікаво дивилися на нього, на ганок займаного государем будинку.
З ганку широкі сходи вели прямо наверх; направо видно було зачинена двері. Внизу під сходами були двері в нижній поверх.
- Кого вам? - запитав хтось.
- Подати лист, прохання його величності, - сказав Микола з тремтінням голосу.
- Прохання - до чергового, завітайте сюди (йому вказали на двері внизу). Тільки не приймуть.
Почувши цей байдужий голос, Ростов злякався того, що він робив; думка зустріти будь-яку хвилину государя так спокуслива і тому така страшна була для нього, що він готовий був бігти, але камер фурьер, який зустрів його, відчинив йому двері до чергової і Ростов увійшов.
Невисокий повний чоловік років 30, в білих панталонах, ботфортах і в одній, видно тільки що одягненою, батистовою сорочці, стояв в цій кімнаті; камердинер застібав йому ззаду шиті шовком прекрасні нові помочи, які чомусь помітив Ростов. Людина цей розмовляв з кимось колишнім в іншій кімнаті.
- Bien faite et la beaute du diable, [Добре складена і краса молодості,] - говорив цей чоловік і побачивши Ростова перестав говорити і насупився.
- Що бажаєте? Прохання? ...
- Qu "est ce que c" est? [Що це?] - запитав хтось з іншої кімнати.
- Encore un petitionnaire, [Ще один прохач,] - відповів чоловік у помочах.
- Скажіть йому, що після. Зараз вийде, треба їхати.
- Після післязавтра. Пізно ...
Ростов повернувся і хотів вийти, але людина в помочах зупинив його.
- Від кого? Ви хто?
- Від майора Денисова, - відповідав Ростов.
- Ви хто? офіцер?
- Поручик, граф Ростов.
- Яка сміливість! За командою подайте. А самі йдіть, йдіть ... - І він став надягати подається камердинером мундир.
Ростов вийшов знову в сіни і зауважив, що на ганку було вже багато офіцерів і генералів в повній парадній формі, Повз яких йому треба було пройти.
Проклинаючи свою сміливість, завмираючи від думки, що будь-яку хвилину він може зустріти государя і при ньому бути осрамлен і висланий під арешт, розуміючи цілком всю непристойність свого вчинку і каючись у ньому, Ростов, опустивши очі, пробирався геть із дому, оточеного натовпом блискучою свити , коли чий то знайомий голос гукнув його і чия то рука зупинила його.
- Ви, батюшка, що тут робите у фраку? - запитав його басовитий голос.
Це був кавалерійський генерал, в цю кампанію заслужив особливу милість государя, колишній начальник дивізії, в якій служив Ростов.
Ростов злякано почав виправдовуватися, але побачивши добродушно жартівливе особа генерала, відійшовши до сторони, схвильованим голосом передав йому всю справу, просячи заступитися за відомого генерала Денисова. Генерал вислухавши Ростова серйозно похитав головою.
Області застосування мініатюрних двигунів і приводів досить великі - це і приводи для вимірювальних пристроїв, таких як електронні та тунельні мікроскопи, приводи маніпуляторів різних складальних роботів, а також виконавчі механізми в технологічному обладнанні та побутової техніки. Як мікромоторів можуть використовуватися колекторні і безколекторні електромагнітні мікродвигуни, пьезомотори і інтегральні приводи MEMS. У статті піде мова про п'єзоелектричних двигунах.
В залежності від ступеня мініатюризації використовуються різні типи мікромоторів. Для макрорівня, де потрібна велика потужність при відносно малих розмірах, застосовуються мініатюрні електромагнітні двигуни і соленоїди. Для мікропристроїв в даний час широко використовуються інтегральні приводи, створені за MEMS-технології.
П'єзоприводи програють електромагнітним двигунів по потужності, а MEMS мікромоторами - за ступенем микроминиатюризации. Однак основна перевага мікропьезомоторов - можливість прямого позиціонування з субмикронной точністю. Крім того, ці приводи мають і безліч інших переваг перед своїми електромагнітними конкурентами.
Електромагнітні мікроелектродвигуни (колекторні, крокові та безколекторні) в даний час досягли межі мініатюризації. Наприклад, серійно випускається кроковий електродвигун типу А0820 має діаметр 8 мм, важить 3,3 грама і коштує близько $ 10. Двигуни цього типу досить складні і містять сотні деталей. При подальшому зменшенні розмірів ускладнюється процес складання, а також втрачається ефективність двигуна. Для намотування котушок статора доводиться використовувати більш тонкий дріт, який має більш високий опір. Так, при зменшенні розмірів колекторного мікроелектродвигунів до 6 мм набагато більша частина підводиться електричної енергії перетворюється в тепло, ніж в механічну енергію. У більшості випадків для отримання лінійних приводів на базі електродвигунів необхідно застосування додаткових механічних передач і редукторів, які перетворять обертальний рух в поступальний і забезпечують потрібну точність позиціонування. При цьому зростають розміри всього пристрою в цілому, а значна частина енергії витрачається на подолання тертя в механічній передачі. Діаграма, наведена на рис. 1, показує, що при розмірах менше 7 мм (діаметр корпусу двигуна) вигідніше застосовувати п'єзокерамічні двигуни, а не електромагнітні.
Мал. 1. При розмірах менше 7 мм пьезоелектродвігателі більш ефективні, ніж електромагнітні двигуни
В даний час багатьма фірмами освоєно серійне виробництво пьезомоторов. У статті розглядається продукція двох виробників п'єзоприводи: німецького Physik Instrumente (PI) і американського New Scale Technologies. Вибір фірм не випадковий. Американська фірма на даний момент виробляє найменші в світі пьезодвігателей, а німецька є одним з лідерів в секторі п'єзоприводи для прецизійного обладнання. Продукція, що нею пьезомотори мають унікальні функціональні характеристики і користуються заслуженою репутацією серед виробників прецизійного технологічного та вимірювального обладнання. Обидві фірми використовують свої патентовані рішення. Принцип роботи двигунів обох фірм, а також їх конструкція різні.
Конструкція і принцип роботи пьезоелектродігателя SQUIGGLE
На рис. 2 показані конструкція і принцип роботи п'єзоприводи SQUIGGLE фірми New Scale Technologies.
Мал. 2. Конструкція і принцип роботи мікропривід SQUIGGLE
Основа приводу - муфта прямокутного перетину з внутрішнім різьбленням і ходовий гвинт (черв'як). На гранях металевої муфти змонтовані пьезокерамические пластини актуаторов. При подачі двофазних сигналів на пари п'єзоелектричних актуаторов створюються вібраційні коливання, які передаються в масу муфти. Для більш ефективного перетворення електричної енергії в механічну актуатори працюють в резонансному режимі. Частота порушення залежить від розмірів п'єзоприводи і знаходиться в діапазоні від 40 до 200 кГц. Механічні коливання, що діють на кордоні двох робочих поверхонь муфти і гвинта, викликають появу сил здавлювання з поворотом (типу обертання хула-хупа). Результуюча сила забезпечує обертання черв'яка щодо нерухомого підстави - муфти. При русі гвинта і відбувається перетворення обертального руху в лінійне переміщення. Залежно від зсуву фаз керуючих сигналів можна отримувати обертання гвинта як за годинниковою, так і проти годинникової стрілки.
Як матеріали гвинта і муфти використовуються немагнітні матеріали, такі як бронза, нержавіюча сталь, титан. Резьбовая пара муфта-черв'як не вимагає мастила для роботи.
П'єзоприводи практично безінерційні, забезпечують відмінну прийомистість (рух з прискоренням до 10 g), практично безшумні в звуковому діапазоні (30 Гц - 15 кГц). Точність позиціонування може досягатися без використання датчиків положення - завдяки тому, що рух відбувається без прослизання (за умови, що навантаження на робочий гвинт знаходиться в робочих межах), і переміщення прямо пропорційно числу імпульсних сигналів, прикладених до пластин актуатора. П'єзоприводи мають практично необмежений термін служби, хіба що з часом за рахунок зносу гвинтової передачі може бути частково втрачена точність позиціонування. П'єзоприводи може витримувати режим блокування руху за рахунок докладання зусиль гальмування, що перевершують зусилля тяги приводу. У цьому випадку буде відбуватися прослизання без руйнування гвинтової передачі.
Сьогодні мікромотори серії SQL визнані найменшими електродвигунами в світі, які виробляються серійно.
Мал. 3. Робоче креслення промислового пьезомотора серії SQL
Основні характеристики п'єзоприводи SQUIGGLE:
- масштабовані розміри (можна отримувати замовні приводи з заданими розмірами);
- мінімальні габарити приводу 1,55 × 1,55 × 6 мм;
- простота конструкції (7 складових частин);
- низька ціна;
- висока технологічність виготовлення складових компонентів і складання приводу;
- прямий лінійний привід, Що не вимагає застосування додаткових механічних передач;
- субмікронних точність позиціонування приводу;
- безшумність роботи;
- широкий робочий температурний діапазон (-30 ... + 70 ° С).
Параметри мікромоторів серії SQL:
- потужність споживання - 500 мВт (тільки в процесі переміщення штока);
- дозвіл - 0,5 мкм;
- вага - 1,7 г;
- швидкість переміщення - 5 мм / с (під навантаженням 100 г);
- зусилля переміщення - більше 200 г;
- частота збудження пьезоактуаторов - 116 кГц;
- електрична ємність кожної з чотирьох фаз п'єзоприводи - 1,35 нФ;
- коннектор (кабель) - друкований шлейф (6 провідників - 4 фази і 2 загальних);
- робочий ресурс - 300 тис. циклів (при довжині ходу якоря 5 мм);
- діапазон лінійних переміщень якоря:
- кріплення приводу - фланцеве з'єднання або опресовування.
- модель SQL-3.4 - 10-40 \u003d 30 мм (40 мм - довжина ходового гвинта);
- модель SQL-3.4 - 10-30 \u003d 20 мм (30 мм - довжина ходового гвинта);
- модель SQL-3.4 - 10-15 \u003d 5 мм (15 мм - довжина ходового гвинта).
На замовлення фірми New Scale Technologies розроблений інтегральний драйвер для п'єзоприводи серії SQL (рис. 4). Таким чином, споживач має можливість використовувати набір готових компонентів для отримання свого OEM електромеханічного модуля.
Мал. 4. Серія SQL мікропьезопріводов для портативної апаратури
Мікросхема драйвера приводу (рис. 5) містить перетворювач напруги і вихідні драйвери, що працюють на ємнісне навантаження. Вхідна напруга 3 В. Рівні вихідних напруг формирователей - до 40 В.
Мал. 5. Мікросхема драйвера п'єзоприводи
Області застосування п'єзоприводи SQUIGGLE
Привід для об'єктивів фото- і відеокамер
Один з найбільших секторів застосування мікроелектропріводов - цифрові фотокамери та відеокамери (рис. 6). Мікропривід використовується в них для управління фокусуванням об'єктива і оптичним зумом.
Мал. 6. Прототип приводу оптичного зуму для цифрової фотокамери
На рис. 7 показаний п'єзоприводи SQUIGGLE для застосування у вбудованих фотокамерах стільникових телефонів. Привід виробляє зсув двох лінз уздовж напрямних вгору-вниз і забезпечує автофокусування (довжина ходу оптики 2 мм) і зум (хід переміщення лінз до 8 мм).
Мал. 7. Модель об'єктива з приводом SQUIGGLE для камери, вбудованої в стільниковий телефон
Медичний шприц-дозатор
У всьому світі налічується сотні мільйонів людей, які потребують періодичних дозованих ін'єкціях медичних препаратів. В цьому випадку стежити за часом, дозами, а також проводити процедуру ін'єкції повинен сам пацієнт. Цей процес можна значно спростити і тим самим полегшити життя пацієнта, якщо створити програмований шприц-дозатор (рис. 8). На базі п'єзоприводи SQL вже реалізований програмований насос-шприц для ін'єкцій інсуліну. Дозатор складається з мікроконтролерного модуля управління, ємності з препаратом, шприца і керованого приводу. Управління дозатором здійснюється вбудованим мікроконтролерним модулем на батарейках. Елемент живлення - літієва батарея. Модуль дозатора може бути вбудований в одяг хворого і розміщений, наприклад, в області рукава. Тимчасові інтервали між ін'єкціями і дози медикаменту програмуються під конкретного клієнта.
Мал. 8. Використання приводу в програмованому шприці-дозатор
Величина дози прямо пропорційна довжині переміщення штока приводу.
Передбачається використання мікрошпріцем з протишокових препаратом, вмонтованих в «інтеллектальную броню» військовослужбовця. Захисний одяг, крім армованих силових елементів, містить також інтегровані датчики пульсу, температури, датчики механічних пошкоджень текстильної «броні». Активація шприців відбувається як з ініціативи самого бійця, так і по команді з блоку переносної електроніки або ж по радіоканалу з командного терміналу на підставі показань датчиків при втраті бійцем свідомості, наприклад, після поранення або в результаті контузії.
немагнітні двигуни
Оскільки в п'єзоприводи SQL не використовуються феросплавні матеріали, а також електромагнітні поля, двигуни цього типу можуть використовуватися для створення носяться медичних діагностичних пристроїв, сумісних з методом магніторезонасной томографії. Дані приводи також не вносити перешкоди при розміщенні в робочих зонах обладнання, що використовує ядерний магнітний резонанс, а також поблизу електронних скануючих мікроскопів, мікроскопів з фокусуванням іонних потоків і т. П.
лабораторний мікронасос
На базі п'єзоприводи можуть бути створені мікронасоси для дозованої подачі рідин в лабораторному дослідному обладнанні. Основні переваги мікронасоса такої конструкції - висока точність дозування і надійність роботи.
Двигун для вакуумного обладнання
П'єзоприводи підходить для створення механічних пристроїв, що працюють в умовах як високого, так і надвисокого вакууму, і забезпечують високу точність позиціонування (рис. 9). Матеріали приводу мають малий газовиділенням в вакуумі. При роботі приводу в режимі мікропереміщень виділяється мало тепла.
Мал. 9. Привід для вакуумного обладнання на базі мікромотора серії SQL
Зокрема, такі двигуни знайдуть широке застосування при створенні нових поколінь скануючих електронних мікроскопів, іонних скануючих мас-спектрометрів, а також в технологічному і в якому тестують обладнанні для електронної промисловості, в обладнанні, що застосовується в прискорювачах частинок, таких як синхротрони.
Приводи для криогенного обладнання
Унікальні параметри п'єзоприводи дозволяють використовувати його при дуже низьких температурах. Фірмою вже випускаються варіанти виконань приводів для комерційних і космічних застосувань при низьких температурах.
В даний час на базі мікромоторів SQL створені приводи для різних функціональних вузлів в криогенном лабораторному устаткуванні, а також механічні приводи для підстроювання параметрів космічних телескопів.
На рис. 10 показаний п'єзоприводи для роботи при температурах рідкого гелію.
Мал. 10. Виконання п'єзоприводи для роботи при температурах від кімнатної до 4 К (рідкий гелій)
Робота при низьких температурах вимагає інших частот і амплітуд сигналів для збудження пьезоактуаторов.
оціночний набір
Фірма New Scale Technologies випускає оціночний набір, який містить: пьезодвігателей SQL (рис. 11), плату приводу, програмне забезпечення, інтерфейс з комп'ютером, а також додатковий призначений для користувача пульт управління приводом.
Мал. 11. Оціночний набір для п'єзоприводи SQL
Як інтерфейс з ПК може використовуватися USB або RS-232.
П'єзоприводи фірми PI
Німецька фірма Physik Instrumente (PI) (www.physikinstrumente.com/en) була утворена в 1970 році. В даний час має підрозділи в США, Великобританії, Японії, Китаї, Італії та Франції. Основний сектор - обладнання для нанопозіціонірованія і забезпечення контролю руху з високою точністю. Фірма є одним з провідних виробників обладнання даного профілю. Використовуються унікальні запатентовані рішення. Так, на відміну від більшості п'єзоприводи, в тому числі і SQUIGGLE, в приводах PI забезпечується примусова фіксація каретки після зупинки. За рахунок відсутності зсуву ці пристрої мають високу точність позиціонування.
Конструкція і принцип роботи пьезпріводов PI
На рис. 12 показана конструкція пьезодвігателей фірми PI.
PILine - патентована конструкція п'єзоприводи, розроблена фірмою PI. Серцем системи є прямокутна монолітна керамічна плата - статор, яка розділена з одного боку на два електроди. Залежно від напрямку руху, лівий або правий електрод керамічної плати збуджується імпульсами з частотою в десятки і сотні кілогерц. Алюмінієвий фрикційний наконечник (штовхач) прикріплений до керамічної платі. Він забезпечує передачу руху від хитається пластини статора до фрикційних каретки. Матеріал фрикційної смужки забезпечує оптимальну силу тертя при роботі в парі з алюмінієвим наконечником.
Завдяки контакту з смужкою фрикциона забезпечується зрушення рухомої частини приводу (каретки, платформи, поворотного столика мікроскопа) вперед або назад. З кожним періодом коливань керамічного статора виконується зрушення каретки на кілька нанометрів. Рушійна сила виникає з поздовжніх коливань пластини актуатора. В даний час ультразвукові п'єзоприводи можуть забезпечувати рух з прискоренням до 20 g і швидкість руху до 800 мм / с! Зусилля приводу пьезодвігателей може досягати 50 Н. Приводи PILine можуть працювати без зворотного зв'язку і забезпечувати дозвіл 50 нм.
На рис. 13 показана конструкція пьезокерамического статора PILine.
Мал. 13. Конструкція керамічного статора п'єзоприводи PILine
При відсутності сигналу наконечник штовхача притиснутий до смужці фрикциона і сила тертя, що діє на кордоні між наконечником і фрикціоном, забезпечує фіксацію каретки.
PILine - серія п'єзоприводи з лінійним переміщенням
Фірма PI випускає серію лінійних п'єзоприводи за технологією PILine з різними функціональними параметрами. Як приклад розглянемо характеристики конкретної моделі P-652 (рис. 14).
Мал. 14. Варіант реалізації п'єзоприводи PILine P-652 (поруч для порівняння м'яч для гольфу)
П'єзоприводи PILine P-652 може використовуватися в OEM додатках, для яких важливі малі габарити і маса. Модуль приводу P-652 може замінити класичний привід на основі двигуна з валом, що обертається і механічною передачею, А також інші лінійні електромагнітні приводи. Самофіксаціі каретки при зупинці не вимагає додаткової енергії. Привід призначений для переміщення малих об'єктів з високою швидкістю і точністю.
Компактний пьезомотор з інтегрованою схемою управління може забезпечувати рух з прискоренням до 2,5 g і швидкістю до 80 мм / с. При цьому витримується висока точність позиціонування каретки і досить високий рівень сили фіксації в нерухомому стані. Наявність фіксації каретки забезпечує можливість роботи приводу в будь-яких положеннях і гарантує фіксацію положення каретки після зупинки навіть під дією навантаження. У схемі драйвера для збудження пьезоактуаторов використовуються короткі імпульси амплітудою всього 3 В. Схема забезпечує автопідстроювання резонансного режиму під конкретні розміри керамічних актуаторов.
Основні характеристики лінійного пьезомотора P-652 PILine:
- низька вартість серійного виробництва;
- розмір пьезомотора - 9,0 × 6,5 × 2,4 мм;
- робочий хід переміщення каретки 3,2 мм;
- швидкість руху до 80 мм / с;
- самофіксаціі при зупинці;
- MTBF - 20 тис. Годин.
Модулі приводів з вбудованим контроллером
Фірма PI виробляє модулі управління (контролери) для своїх п'єзоприводи. Плата управління містить інтерфейс управління, перетворювач напруги і вихідний драйвер для збудження пьезокерамического актуатора. У контролерах приводів використовується традиційна схема пропорційного управління. Залежно від умов застосування приводів в контролері може використовуватися цифровий або аналоговий тип пропорційного управління. Для управління самими актуаторами застосовуються синусоїдальні сигнали, а також може використовуватися зворотний зв'язок по датчикам положення. Фірма PI випускає готові модулі з датчиками положення. Фірма PI розробила і виробляє ємнісні датчики положень для своїх інтегральних модулів (рис. 15).
Мал. 15. Модуль п'єзоприводи з вбудованою платою управління
Цифровий (імпульсний) режим управління
Імпульсний режим управління рухом підходить для додатків, що вимагають малих переміщень з великою швидкістю, таких як мікроскопія або автоматика. Двигун управляється 5-вольтовими TTL-імпульсами. Ширина імпульсу визначає довжину кроку двигуна. Крок переміщення в такому режимі - до 50 нм. Для реалізації одного такого кроку подається імпульс напруги тривалістю близько 10 мкс. Тривалість і шпаруватість імпульсів управління залежить від швидкості руху і величини виконуваного переміщення каретки.
Режим аналогового управління
В даному режимі в якості вхідних сигналів управління становищем використовуються аналогові сигнали амплітудою ± 10 В. Величина переміщення каретки в цьому випадку прямо пропорційна амплітуді керуючого сигналу.
Області застосування прецизійних п'єзоприводи:
- біотехнології;
- мікроманіпулятори;
- мікроскопія;
- лабораторне обладнання контролю якості;
- тестове обладнання для напівпровідникової промисловості;
- метрологія;
- тестування дискових накопичувальних пристроїв;
- НДР і ДКР.
Переваги ультразвукових пьезодвігателей PILine:
- малі габарити. Наприклад, модель M-662 забезпечує робочий хід 20 мм при габаритах корпусу 28 × 28 × 8 мм.
- Мала інерція. За рахунок цього досягається переміщення з великими швидкостями, високими прискореннями і зберігається високий дозвіл. PILine забезпечує швидкості руху до 800 мм / с і прискорення до 20 g. Жорсткість конструкції забезпечує дуже малий час просування за один крок і високу точність позиціонування - 50 нм.
- Відмінний показник питомої потужності. Привід PILine забезпечує високі характеристики в мінімальних габаритах. Жоден інший двигун не може забезпечити таку ж комбінацію прискорень, швидкостей і точності.
- Безпека. Мінімальний момент інерції поряд з фрикційною муфтою забезпечує безпеку при роботі. Такий привід не може зруйнуватися і пошкодити навколишні предмети в результаті порушення режиму роботи. Використання фрикційної муфти краще, ніж черв'ячна передача в двигуні SQUIGGLE. Незважаючи на великі швидкості переміщення каретки, ризик пошкодження, наприклад, пальця оператора набагато менше, ніж при використанні будь-якого іншого приводу. Це означає, що користувач може прикладати менше зусиль, щоб забезпечити безпеку роботи приводу.
- автофіксація каретки.
- Можливість роботи приводу в вакуумі.
- Незначний рівень ЕМВ. Приводи PILine при роботі не створюють магнітних полів і не мають в конструкції феромагнітних матеріалів.
- Гнучкість рішень для OEM. Приводи PILine можуть поставлятися як з датчиками, так і без датчиків положення. Крім того, можуть поставлятися і окремі компоненти приводу.
Лінійні п'єзоприводи типу NEXLINE
П'єзоприводи NEXLINE забезпечують більш високу точність позиціонування. Конструкція приводу містить кілька актуаторов, що працюють узгоджено. На відміну від приводів PILine, в цих пристроях актуатори працюють не в резонансному режимі. В цьому випадку виходить багатотактного схема переміщення рухомої каретки декількома штовхачами актуаторов. Тим самим не тільки підвищується точність позиціонування, але і збільшуються моменти сил руху та утримання каретки. Приводи цього типу, так само як і приводи PILine, можуть поставлятися як з датчиками положення каретки, так і без них.
Основні переваги серії п'єзоприводи NEXLINE:
- Дуже висока роздільна здатність, обмежене тільки чутливістю датчиків положення. У режимі аналогового переміщення з використанням датчиків положення досягається точність позиціонування 50 нм (0,05 мкм).
- Робота з високим навантаженням і великою силою фіксації каретки. Приводи NEXLINE можуть забезпечувати зусилля до 600 Н. Жорстка конструкція і застосування резонансних частот збудження в діапазоні сотень герц дозволяють конструкції пригнічувати вібрацію від зовнішніх впливів. Аналоговий режим роботи може активно застосовуватися для згладжування вібрації і тремтіння підстави приводу.
- Може працювати як в режимі з відкритим контуром зворотного зв'язку, так і зі зворотним зв'язком по датчикам положення. Цифровий контролер NEXLINE може використовувати сигнали положення від лінійних енкодерів або ж від лазерних інтерферометрів, а для дуже високої точності позиціонування використовувати сигнали абсолютного положення від ємнісних датчиків.
- Зберігає стабільність каретки при виключенні живлення.
- Тривалий термін служби - понад 10 років.
- Привід NEXLINE не містить ферроманітних деталей, не схильний до дії магнітних полів, не є джерелом електромагнітного випромінювання.
- Пристрої працювати в дуже важких умовах зовнішнього середовища. Активні частини приводів NEXLINE виконані з вакуумної кераміки. NEXLINE також може працювати без порушень при опроміненні жорстким ультрафіолетом.
- Дуже міцна конструкція. Приводи NEXLINE в процесі транспортування можуть витримувати удари і вібрації до декількох g.
Гнучкість дизайну для OEM
Приводи NEXLINE випускаються в трьох варіантах інтеграції. Користувач може замовити готовий OEM двигун, тільки пьезоактуатори для двигуна своєї конструкції, або комплексну систему під ключ, наприклад таку, як багатовісної поворотний столик або ж складальний мікроробот з шістьма ступенями свободи. На рис. 16-19 показані різні варіанти реалізації багатокоординатних пристроїв позиціонування на базі п'єзоприводи фірми PI.
Фірма спеціалізується на розробці і виробництві керамічних мікроелектродвигунів для застосування в мініатюрних пристроях. Компанія New Scale Technologies Inc. (Www.NewScaleTech.com) була заснована в 2002 році групою фахівців, що мають десятирічний досвід в області проектування п'єзоелектричних приводів. Перший комерційний зразок приводу SQUIGGLE був створений вже в 2004 році. Створено спеціальні виконання приводу для роботи в екстремальних умовах, для роботи у вакуумі, в кріогенних установках при наднизьких температурах, а також для роботи в зоні сильних електромагнітних полів.
За короткий час пьезодвігателей SQUIGGLE знайшли широке застосування в лабораторному устаткуванні для нанотехнологій, в технологічному обладнанні мікроелектроніки, пристроях лазерної техніки, медичному обладнанні, приладах аерокосмічного призначення, установках оборонного призначення, а також в промислових і побутових пристроях, наприклад, таких як цифрові камери і мобільні телефони.
