Рис. 1 Двигатель с односторонним расположением ротора

Презентация.
11 января 1988 г. было сделано открытие (Диплом №221)
«ЯВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ АКУСТИЧЕСКИХ
ЗОН НА ПОВЕРХНОСТЯХ ТВЕРДЫХ ПЛАСТИН». Оно было
зарегистрировано 11 октября 2002г. под №221 Международной
ассоциацией авторов научных открытий. Авторами открытия являются
Академик Международной академии изобретательства, Лауреат премии
по науке и технике Алтайского края, директор ООО «Фирма АККОН»
Ю.В. Кандрин, к.т.н., профессор кафедры «Физика» АГАУ, заслуженный
изобретатель РФ, Лауреат премии по науке и технике Алтайского края
В.А. Цымбалист, Академик Международной академии изобретательства
В.М. Иливанов. У каждого из них за плечами не один десяток
изобретений. Ю.В. Кандрин, В.А. Цымбалист и В.М. Иливанов получили
серебряные медали лауреатов Нобелевской премии Петра Капицы.
Исследования, проделанные Ю.В. Кандриным, В.А. Цымбалистом и
В.М. Иливановым, предлагали рассмотрению ученых и практиков
достигнутые результаты в области физической акустики, изучающей
особенности распространения акустических волн в твердых, жидких и
газообразных средах, наиболее полно представленной в сфере бесконечно
протяженных сред, в которых они распространяются как преимущественно
бегущие волны, и описываются одномерными или двумерными волновыми
уравнениями. Явление вращающихся зон относится к области физической
акустики, изучающей распространение акустических колебаний в твердых
телах, а именно в пластинах малых размеров (соизмеримых с длиной волны).
Суть открытия заключается в том, что впервые было установлено
неизвестное ранее явление образования твердых пластин, заключающееся в
том, что при возбуждении пластин малых размеров(соизмеримых с длиной
волны) изгибными колебаниями, например, при помощи пьезоэлемента, при
определенном соотношении параметров возбуждения(размер пластины,
частота возбуждения, длина волны, модуль упругости и др.) на поверхности
пластины в местах пересечения узловых линий образуются вращающиеся
акустические зоны, обусловленные взаимодействием поверхностных и
объемных волн.
При исследованиях распространения изгибных колебаний в пластинах
обнаружено, что при определенных условиях возбуждения пластин на их
поверхности образуются вращающиеся акустические зоны, причем во
вращение приводятся порошки, жидкости, твердые тела. Такими условиями
являются:
- возбуждение должно осуществляться плоским пьезоэлементом,
колеблющимся по толщине и имеющим размеры граней (или диаметр)
равные или большие четверти возбуждаемой волны, т.е. d  /4, а крепление
пьезоэлемента должно быть жестким по всей его поверхности, например, с
помощью эпоксидного клея;
- толщину пьезоэлемента выбирают (должна быть) меньше в 5-10 раз
толщины пластины;
- размеры граней должны быть кратными или близки к кратному половины
длины возбуждаемой волны, т.е. можем записать, что если одна грань кратна
/2, то вторая должна находиться в пределах:
n 2d 2n1 4
- размеры граней пластины и длина возбуждаемой волны должны быть
одного порядка величины;
- для получения значительных вращающих моментов (высокого КПД)
соотношение между длиной волны и толщиной пластины, h, должно быть в
пределах:  510 h
При изучении образования вращающихся акустических зон были
использованы более сотни пластин различных размеров и толщин.
Исключительно во всех случаях, при соблюдении условий, приведенных
выше, были получены вращающиеся акустические зоны.
Материал пластин выбирался с высоким модулем упругости: различные
виды стекла, керамика, закаленная углеродистая сталь. Частота
возбуждаемых изгибных колебаний находилась в пределах от нескольких
кГц до 200 кГц. Наиболее эффективным, с точки зрения получения
значительных вращающих моментов, является ультразвуковой диапазон
частоты.
Применение своему открытию ученые нашли в практической жизни.
В частности, ими был сконструирован пьезоэлектрический двигатель
крошечных размеров. Ему не страшны посторонние электромагнитные поля,
коэффициент полезного действия такого агрегата выше, чем у обмоточного.
Кроме того, это явление используется в автоматических дозаторах большой
точности, что весьма актуально для химической, фармацевтической и других
отраслей промышленности. Есть мысль использовать открытие в
дефектоскопии.
Открытие имеет большое практическое значение и применение:
 Создание двигателей малых размеров и микродвигателей (например, с
размерами граней возбуждаемой пластины не более 10x15мм.).
 Создание двигателей без использования обмоток и металла, что
исключает возникновение электромагнитных полей и помех.
 Создание микродозаторов сыпучих материалов для использования их в
фармацевтической, химической промышленностях. При этом
используется эффект стягивания порошков к центрам вращающихся
зон и просыпание их через отверстия, выполнение в центрах зон.
 Оптическое приборостроение: дистанционная настройка аппаратуры.
 Автоматизация производственных процессов – управление
исполнительными органами: клапанами, задвижками и пр.
 Передача движения в замкнутые пространства и наоборот.
 Научные исследования в области физической акустики, физики
твердого тела.
 Определение модулей упругости, коэффициентов Пуассона
исследуемых материалов.
 Бытовая техника: видео и аудиоплейеры, видеокамеры и пр.
 Дефектоскопия.
Наиболее перспективной областью применения явления вращающихся
акустических зон стало создание различного рода пьезоэлектрических
двигателей.
Авторами был построен и успешно испытан ряд двигателей:
1. с односторонним расположением ротора;
2. с двухсторонним расположением контактирующих с пластиной
поверхностей ротора;
3. многороторные двигатели.
Конструкция двигателя с односторонним расположением ротора приведена
на рис. 1.
Рис. 1 Двигатель с односторонним расположением ротора
Рассматриваемый двигатель содержит пластину 1, выполненную из
материала с высоким модулем упругости, пьезоэлемент 2, жестко
закрепленный на пластине, ротор 3, установленный на пластине в зоне
расположения вращающейся зоны, эластичные опоры 4, подшипниковый
узел 5, пружину 6, корпус двигателя 7.
Работа двигателя заключается в том, что пластину 1 возбуждают на частоте
образования вращающихся акустических зон и ротор 3, установленный на
пластине в зоне расположения вращающейся зоны приводится во вращение.
Данный двигатель отличается простотой конструкции и технологичностью
изготовления. Однако, для получения значительных вращающих моментов,
такой двигатель требует тщательного подбора материала пластин, их
геометрических размеров, подбора материала, контактирующей с пластиной
поверхности ротора.
Конструкция двигателя с двухсторонним расположением контактирующих с
пластиной поверхностей ротора приведена на рис.2
Рис. 2 Двигатель с двухсторонним расположением контактирующих с
пластиной поверхностей ротора
Двигатель включает в себя возбуждаемую пластину 1, в центрах
вращающихся акустических зон которой выполнены отверстия, вал ротора 2,
установленный в отверстие, нижний контактирующий с пластиной элемент
ротора 3, неподвижно закрепленный на валу 2, подвижный верхний
контактирующий элемент ротора 4, прижимаемый к пластине пружиной 5,
упор 6, закрепленный на валу с возможностью регулирования усилия
прижима к пластине верхнего контактирующего элемента 4, пьезоэлемент 7,
жестко закрепленный на поверхности пластины 1.
Данный двигатель позволяет получать на валу бо/льшие моменты по
сравнению с двигателем с односторонним расположением ротора, также
прост и технологичен в изготовлении. Двигатель не требует применения
корпусных элементов, что в большой степени упрощает его конструкцию.
Многороторный двигатель приведен на рис. 3. Установка роторов идентична
двигателю показанному на рис. 1. Только роторы устанавливаются на каждой
вращающейся зоне. Многороторный двигатель может быть построен и с
двухсторонним расположением контактирующих с пластиной поверхностей
ротора.
Рис. 3 Многороторный двигатель
Наиболее интересно построение двигателя с пластиной, на поверхности
которой возбуждаются согласованные вращающиеся зоны, т.е. вращение
любых двух смежных зон встречно. Это всегда имеет место при возбуждении
на пластинах 2-х, 4-х, 6-ти зон. Встречное вращение смежных зон позволяет
соединять валы смежных роторов зубчатыми передачами. При этом
вращающий момент на выходном валу двигателя получают в несколько раз
больший, чем с отдельно взятого ротора.
Многообразие картин вращающихся акустических зон предполагает
значительно больший спектр конструкций двигателей.