Podstawy teorii elektropiezosprężystości silników piezoelektrycznych o kinematyce postępowej i obrotowej

• Autorzy: Przyborowski W.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0012.8504

Warianty tytułu

EN

Basics of the electropiezoelasticity theory of piezoelectric motors with linear and rotary motion

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono podstawy teorii elektropiezosprężystości i przystosowanie tej teorii do opisu przetworników elektromechanicznych - silników elektrycznych typu piezoelektrycznego. Ponieważ równania piezoelektryczności i sprężystości są sprzężone przez złożone związki konstytutywne, to sformułowanie ogólnego modelu matematycznego dla tych silników nie jest możliwe. Dlatego w pracy przedstawiono równania dla prostych strukturalnie silników piezoelektrycznych o ruchu postępowym i obrotowym. Silniki o ruchu postępowym charakteryzują się formą płaską lub tubową. Natomiast silniki o ruchu obrotowym mają formę cylindryczną lub tarczową. Pole elektryczne, w przyjętych formach silników piezoelektrycznych, generujące efekt piezoelektryczny, jest polem jednoskładowym prostopadłym do kierunku ruchu. Wyznaczone równania można uprościć w wyniku redukcji niektórych parametrów konstytutywnych, ale wymaga to szczegółowej analizy związków materiałowych i uwzględnienia w oddziaływaniach sił i momentów, w tych silnikach, dominujących naprężeń piezoelektrycznych, które determinują określoną kinetykę.

EN

The paper presents the basics of the theory of electropiezoelasticity and adaptation of this theory to description of the simplest electromechanical converters-piezoelectric type electric motors. Because piezoelectricity and elasticity are coupled by complex piezoelasticity constitutive compounds, the formulation of a general mathematical model for these motors is not possible. Therefore, equations for structurally simple piezoelectric motors with linear and rotational motion have been formulated in the paper. Motors with linear movement are characterized by a flat or tube form. Rotary motors, on the other hand, have a cylindrical or disc-shaped form. The electric field, in the adopted forms of piezoelectric motors generating a piezoelectric effect, is a single-field perpendicular to the direction of motion. The determined equations could be simplified by reduction of some constitutive parameters, but it requires a detailed analysis of material compounds and consideration in the interactions of forces and torques in these motors, also strong piezoelectric stresses, which determine a specific kinetics.

Słowa kluczowe

PL

silniki piezoelektryczne o ruchu postępowym i obrotowym; równania elektropiezosprężystości

EN

piezoelectric motors with translational and rotary motion; equations of electric-piezoelasticity

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 149--167
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Przyborowski W.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, Instytut Systemów Elektronicznych, ul. Gen. Witolda Urbanowicza 2, 01-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] Williams A., Brown W., Piezoelectric Motor Patent, No 2439499, USA 1948.
• [2] Lawrenko W.W., Kartasziew I.A., Wiszniewskij W.S., Piezoelektriczeskije dwigatieli, Energija, Moskwa, 1980.
• [3] Mindlin R.D., On the equation of motion piezoelectric crystals, Problem of Continuum Mechanics, SIAM Piladelphia, Pensylwania, 1961.
• [4] Toupin R.A., The elastic dielectrics, J. Rat. Mech. Anal. 5, 849, 1956.
• [5] Toupin R.A., A dynamical theory of elastic dielectrics, Int. J. Engn. Sci. 1, 101, 1963.
• [6] Ueha S., Tomikawa M., Kurosawa M., Nakamura N., Ultrasonic Motors. Theory and Application, Clarendon Press, Oxford 1993.
• [7] Sashida T., Kenjo T., An introduction to ultrasonic motors, Clarendon Press, Oxford 1993.
• [8] Voigt W., Lehrbuch der Kristall-physik, Taubner, Leiptzig 1910.
• [9] Nowacki W., Efekty elektromagnetyczne w stałych ciałach odkształcalnych, PWN, Warszawa 1983.
• [10] Dąbrowski M., Evolution of the theory and application of ultrasonic motors, Prace Instytutu Elektrotechniki, 208, 2001.
• [11] Hao M., Chen W., Analysis and Design of a Ring-type Traveling Ultrasonic Motor, Proceeding of the 2006 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, Luoyang China.
• [12] Ting Y., Tsai Y., Hou B.-K., Lin S.-C., Lu C-C., Stator Design of a New Type of Spherical Piezoelectric Motor, IEEE Transaction on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control,vol. 57, no. 10, 2010.
• [13] Ryndzionek R., Rouchon J-F., Ronkowski M., Koncepcja realizacji i analiza nowego typu silnika piezoelektrycznego o strukturze wielokomórkowej, Zeszty BOBRME Komel, nr 100, 4/2013.
• [14] Przyborowski W., Równania elektropiezosprężystości tarczowego silnika piezoelektrycznego, Przegląd Elektrotechniczny nr 100, 2/2017.
• [15] Ney J.F., Własności fizyczne kryształów, PWN, Warszawa 1962.
• [16] Heywang W., Lubitz K., Wersing W., Piezoelectricity, Evolution and Future of a Technology, Springer, 1995.
• [17] Przyborowski W., Podstawy teorii elektropiezomechanicznych przetworników-silników piezoelektrycznych, Zeszyty BOBRME Komel nr 100, 4/2017.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).