DE3833342A1

DE3833342A1 - Piezoelectric motor

Info

Publication number: DE3833342A1
Application number: DE19883833342
Authority: DE
Inventors: Maximilian Fleischer; Dieter Dipl Phys Stein; Hans Dr Meixner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-05

Abstract

Piezoelectric motor having a choice of two drive directions and having standby/operation phase, with a drive element (2, 33, 133, 233) which produces mutually orthogonal movement components (L, T) which can be adjusted with respect to each other in their phase relationship (0@, 180@, 90@). <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Piezomotor, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.The present invention relates to a piezomotor, as stated in the preamble of claim 1 is.

Piezoelektrische Motoren mit Friktionsantrieb sind bekannt aus z.B. der US-PS 33 02 043, der US-PS 37 31 267, aus der DE-AS 14 88 698 und aus Feingerätetechnik 29. Jahrgang (1980), Seite 316 bis 319.Piezoelectric motors with a friction drive are known from e.g. the US-PS 33 02 043, the US-PS 37 31 267, from DE-AS 14 88 698 and from fine equipment technology 29th year (1980), page 316 to 319.

Aus den vorgenannten Druckschriften gehen auch solche piezoelektrische Motoren hervor, deren Antrieb zwei oder mehr phasige Wechselspannungs-Speisung aufweisen. Grundsätzlich werden die mehreren Phasen dazu benutzt, eine in der gewünsch ten Bewegungsrichtung des Antriebs auf das Abtriebsteil liegen de Bewegungskomponente im Bereich der auftretenden, der Über tragung dienenden Friktion zu bewirken.Such documents also go from the aforementioned publications piezoelectric motors emerge, the drive of two or more have phase alternating voltage supply. Basically the multiple phases are used, one in the desired one th direction of movement of the drive on the driven part de Movement component in the area of the occurring, the over wear friction.

Für einen piezoelektrischen Motor, der wie üblich ein in Schwingungsbewegung zu versetzendes Teil als Antrieb aufweist, ist es vorteilhaft, wenn dieses Antriebsteil wenigstens im we sentlichen Stabform hat. Stäbe aus piezoelektrischen Material, gegebenenfalls laminiert, lassen sich relativ einfach herstel len und sind robust.For a piezoelectric motor that, as usual, is a Has a vibration movement to be displaced as a drive, it is advantageous if this drive part at least in we has a substantial rod shape. Rods made of piezoelectric material, laminated if necessary, can be manufactured relatively easily len and are robust.

Üblich ist es, den piezoelektrischen Antrieb, insbesondere den piezoelektrischen Stab, in Resonanzschwingung eines Eigen schwingungsmodes anzuregen. Damit erhält man ganz wesentliche Vergrößerung der Bewegungsamplitude des piezoelektrischen An triebselementes und damit auch des Abtriebsteils.It is common for the piezoelectric drive, in particular the piezoelectric rod, in resonance vibration of an eigen to stimulate vibration modes. So you get very essential Enlargement of the movement amplitude of the piezoelectric An drive element and thus also the driven part.

Mittels eines piezoelektrischen Motors kann ein linearer Antrieb oder auch ein Rotationsantrieb vorgesehen sein, wobei dementsprechend das Abtriebsteil z.B. als Rad (Rotations antrieb) ausgebildet ist. Im obengenannten Stand der Technik sind auch solche Ausführungsformen enthalten, bei denen sich der eigentliche Antrieb im Inneren eines Ringes auswirkt.A linear Drive or a rotary drive can be provided, wherein accordingly the driven part e.g. as a wheel (rotation drive) is formed. In the above prior art are also included such embodiments in which the actual drive affects inside a ring.

Piezoelektrische Motoren können so ausgestaltet sein, daß sie je nach Betriebsweise vorwärts und rückwärts laufen, rechtsum laufende Drehrichtung und linksumlaufende Drehrichtung haben.Piezoelectric motors can be designed so that they run forwards and backwards depending on the operating mode, clockwise have current direction of rotation and counter-clockwise direction of rotation.

Der in der DE-OS 33 09 239 beschriebene piezoelektrische Motor wird mit einer Wechselspannung betrieben, die zwei voneinander verschiedene Eigenmoden angeregt. Die Frequenzen dieser beiden Eigenmoden liegen so dicht beieinander, daß eine Bandfilter charakteristik auftritt. Die resultierende Schwingung dieser Wechselspannungsanregung führt zu einer umlaufenden Belegung von Flächenelementen der Friktionsfläche, etwa in der Art von Oberflächenelementen einer wellenbewegten Wasseroberfläche. Es ergibt sich (nur) eine Drehrichtung.The piezoelectric motor described in DE-OS 33 09 239 is operated with an alternating voltage, the two of them different eigenmodes stimulated. The frequencies of these two Eigenmodes are so close together that a band filter characteristic occurs. The resulting vibration of this AC excitation leads to all-round occupancy of surface elements of the friction surface, for example in the manner of Surface elements of a wave-moving water surface. There is (only) one direction of rotation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen piezoelektri schen Motor so auszubilden, daß durch entsprechende Wahl der Phasen der anregenden Wechselspannungen Vorwärtslauf und Rückwärtslauf sowie auch eine Stillstandsphase bzw. Freilauf des Motors zu erreichen ist.The object of the present invention is a piezoelectric rule engine so that by appropriate choice of Phases of the exciting AC voltages forward running and Reverse running as well as a standstill phase or free running of the engine can be reached.

Diese Aufgabe wird mit einem piezoelektrischen Motor nach dem Patentanspruch 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiter bildung der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.This task is done with a piezoelectric motor after Claim 1 solved and further refinements and further education of the invention emerge from the subclaims.

Der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Begriff "Piezo motor" umfaßt sowohl piezoelektrischen als auch piezomagneti schen Antrieb. Der piezomagnetische Antrieb wird im allgemeinen als magnetostriktiver Antrieb bezeichnet. Piezomagnetisch und magnetostriktiv unterscheiden sich nur darin, daß im ersteren Fall der magnetische Körper polarisiert ist, d.h. eine magneti sche Vorpolarisation besitzt, die größer ist als die durch An regung bewirkte magnetische Wechselamplitude. The term "piezo used in connection with the invention motor "includes both piezoelectric and piezomagneti drive. The piezomagnetic drive is generally referred to as a magnetostrictive drive. Piezomagnetic and The only difference between magnetostrictive is that in the former If the magnetic body is polarized, i.e. a magneti has pre-polarization that is greater than that of An magnetic alternating amplitude.

Soweit im nachfolgenden von piezoelektrisch gesprochen ist, ist damit im Sinne der Erfindung auch magnetostriktiv und piezomag netisch miteingeschlossen.As far as piezoelectric is used in the following, is thus also magnetostrictive and piezomag in the sense of the invention included in the table.

Die Erfindung beruht auf Überlegungen, die der einfacheren Er läuterung halber am schematischen Beispiel der Fig. 1 erläutert werden.The invention is based on considerations that are explained for the sake of simplicity, using the schematic example of FIG. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Rad als Abtriebskörper bezeichnet, das aufgabengemäß wahlweise in Vorwärts- und in Rückwärtsrichtung anzutreiben ist. Mit 2 ist ein Stab bezeichnet. Es sind an dem Stab 2, der vorzugsweise eckigen Querschnitt hat, Plättchen 30, 40, 50, 130, 140 und 150 aus piezoelektrischem Material mit den jeweiligen Elektroden 31, 41, 51, 131, 141, 151 angebracht. Im Falle eines metallischen Stabes 2 genügt dieser als jeweilige Gegenelektrode. Die Plättchen 40 und 140 werden in an sich bekannter Weise durch Anlegen einer elektrischen Spannung so gespeist, daß sich entsprechend der Stablänge eine resonante Longitudinalschwingung des ganzen Stabes 2 in dessen Längs richtung ergibt. Die beiden Plättchenpaare 30, 130 und 50, 150 werden so gespeist, daß sich im Bereich der beiden Plättchen paare je eine, jedoch zueinander entgegengesetzte, Biegung des Stabes 2 ergibt.In Fig. 1, 1 denotes a wheel as the output body, which, depending on the task, can be driven either in the forward and in the reverse direction. With 2 a rod is designated. Plates 30 , 40 , 50 , 130 , 140 and 150 made of piezoelectric material with the respective electrodes 31 , 41 , 51 , 131 , 141 , 151 are attached to the rod 2 , which preferably has an angular cross section. In the case of a metallic rod 2 , this is sufficient as the respective counter electrode. The plates 40 and 140 are fed in a manner known per se by applying an electrical voltage so that a resonant longitudinal vibration of the entire rod 2 results in its longitudinal direction according to the rod length. The two pairs of platelets 30 , 130 and 50 , 150 are fed in such a way that, in the area of the two platelets, there is a bending of the rod 2 which is opposite to one another.

Das Ergebnis der Anregung derartiger Longitudinalschwingung und derartiger Biegeschwingungen führt zu einer Schwingungsform der Friktionsfläche 4, d.h. der Berührungsfläche zwischen dem Rad 1 und dem Stab 2, die durch die Lissajous-Figur 3 angedeutet ist. Wesentlich für dieses Schwingungs-Anregungsschema ist, daß das Plättchenpaar 40, 140 einerseits und die Plättchenpaare 30, 130 und 50, 150 andererseits mit voneinander verschiedenen Frequen zen gespeist werden, wobei jedoch diese zwei Frequenzen in einem ganzzahligen Verhältnis 2, 3, 4 ... stehen. Damit sind Kopplungen zwischen den beteiligten (Schwingungs-)Moden vermie den. Vorwärtslauf und Rückwärtslauf sind zu erreichen, indem man die Phasenlage der Anregungswechselspannung der Plättchen paare 30, 130 und 50, 150 gegenüber der Phasenlage der Wechsel spannung des Plättchenpaares 40, 140 von 0 auf 180° ändert. The result of the excitation of such longitudinal vibration and such bending vibrations leads to a form of vibration of the friction surface 4 , ie the contact surface between the wheel 1 and the rod 2 , which is indicated by the Lissajous figure 3 . It is essential for this oscillation excitation scheme that the plate pair 40 , 140 on the one hand and the plate pairs 30 , 130 and 50 , 150 on the other hand are fed with frequencies different from one another, but these two frequencies are in an integer ratio 2, 3, 4 .. . stand. Couplings between the (vibration) modes involved are thus avoided. Forward and reverse running can be achieved by changing the phase position of the excitation AC voltage of the platelet pairs 30 , 130 and 50 , 150 relative to the phase position of the AC voltage of the platelet pair 40 , 140 from 0 to 180 °.

Die Lissagous-Figur a, b der Fig. 2 wird damit wahlweise in der einen oder in der anderen Richtung durchlaufen.The Lissagous figure a , b of FIG. 2 is thus optionally run through in one or the other direction.

Die Stillstands-Betriebsphase bzw. der Freilauf wird durch eine Phasenlage von 90° zwischen der Wechselanregung des Plättchen paares 40, 140 und der Wechselanregung der Plättchenpaare 30, 130 und 50, 150 erreicht. Diese 90°-Phasenlage ergibt die Lissajous′sche Figur c der Fig. 2. Beim extremen Maß der Elongation ergibt sich lediglich eine solche Berührung an der Oberfläche des Rades 1 bzw. des Abtriebskörpers, die eine Be wegungskomponente praktisch ausschließlich nur in Normalen- Richtung zu dieser Oberfläche hat.The standstill operating phase or the freewheel is achieved by a phase angle of 90 ° between the alternating excitation of the pair of platelets 40 , 140 and the alternating excitation of the pair of platelets 30 , 130 and 50 , 150 . This 90 ° phase position results in the Lissajous figure c of FIG. 2. With the extreme degree of elongation, there is only such a contact on the surface of the wheel 1 or the output body that a movement component is practically only in the normal direction to this surface.

Die Wahl einer jeweiligen Phase zwischen 0° und 90° bzw. zwischen 90° und 180° führt zu jeweils verminderter Geschwin digkeit des Abtriebs, bzw. der Drehzahl, in jeweiliger Richtung.The selection of a respective phase between 0 ° and 90 ° or between 90 ° and 180 ° leads to reduced speed the output, or the speed, in each Direction.

Der Vollständigkeit halber ist mit den Einzeldarstellungen der Fig. 3a bis Fig. 3c ein Finite-Elemente-Modell des Resonator- Stabes 2 angegeben. Fig. 3a zeigt den Ruhezustand, Fig. 3b zeigt die Phase maximaler Längen-Kontraktion des Stabes 2 bei Biegung Null und Fig. 3c zeigt die Phase maximaler Biegung bei Longitudinaländerung Null.For completeness, a finite element model with the individual representations of Fig. 3a to Fig. 3c of the resonator rod 2 given. FIG. 3a shows the idle state, FIG. 3b shows the phase of maximum length contraction of the rod 2 with zero bending and FIG. 3c shows the maximum bending phase with zero longitudinal change.

Ein Piezomotor nach der Erfindung ist auch für Linearantrieb geeignet, wie dies die Fig. 4 zeigt. Ein Vorzug eines erfindungs gemäßen Piezomotors ist z.B., daß sein Antrieb über punkt- oder linienförmigen Kontakt ausführbar ist. Das Antriebskörper 11 kann z.B. ein "anzutreibendes" Blatt Papier oder dgl. sein. Dies ermöglicht, den Friktionsantrieb auch bei einem nicht ebenen Abtriebselement 11 auszuführen. Dies kann z.B. über seine Fläche hinweg unterschiedlich dick und/oder gewellt sein.A piezomotor according to the invention is also suitable for linear drives, as shown in FIG. 4. An advantage of a piezomotor according to the invention is, for example, that its drive can be carried out via point or line contact. The drive body 11 can be, for example, a "paper" to be driven or the like. This makes it possible to carry out the friction drive even with a non-flat output element 11 . For example, this can be of different thickness and / or corrugated over its surface.

Die weiteren Fig. zeigen praktische Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors bzw. seines Antriebs. Further Fig. Show practical embodiments of a piezoelectric motor or its drive.

Fig. 5 zeigt ein mit 33 bezeichnetes, im wesentlichen stab förmiges Element mit piezoelektrischem Antrieb. Dieses umfaßt einen scheibenförmigen Anteil 34 aus Piezokeramik und zwei weitere Anteile 35 und 36 aus ebenfalls Piezokeramik. Mit 134 ist eine beispielsweise vorgesehene Polarisationsrichtung der permanenten Polarisation des Keramikanteils 34 angegeben. Mit den Pfeilen 135 und 136 sind zueinander entgegengesetzte Polarisationsrichtungen der Keramikanteile 35 und 36 angegeben. Die übrigen Anteile 37, 38 und der Stößel 39 sind vorzugsweise aus Metall bestehende Anteile des Antriebselements 33. Fig. 5 shows a designated 33 , substantially rod-shaped element with a piezoelectric drive. This comprises a disk-shaped portion 34 made of piezoceramic and two further portions 35 and 36 also made of piezoceramic. With 134 , for example, a provided polarization direction of the permanent polarization of the ceramic portion 34 is indicated. Arrows 135 and 136 indicate opposite directions of polarization of ceramic portions 35 and 36 . The remaining parts 37 , 38 and the plunger 39 are preferably metal parts of the drive element 33 .

Die Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 5 ist diejenige:.The mode of operation of the embodiment according to FIG. 5 is that:

Der Keramikanteil 34 befindet sich in dem Antriebselement 33 (bezogen auf dessen Längsachse) vorzugsweise an einem Ort, der zumindest nahe dem (bezogen auf diese Längsachse) vorliegenden Schwingungsknoten der Longitudinalresonanz des Antriebselements 33 ist. Der Keramikanteil 34 dient als piezoelektrisches An regungselement für die Longitudinalschwingungen. Dieser Kera mikanteil 34 hat in das Antriebselement 33 eingefügte Elektro den 42 und 43, die z.B. die Metallanteile 37 und 38 des Antriebselements 33 sind. Vorzugsweise sind die Metallanteile und die Keramikanteile miteinander verschraubt. Dies geht z.B. aus der DE-OS 36 033 53, 36 033 29 hervor. Es kann aber auch Lötung oder elektrisch leitfähige Klebstoffverbindung vorge sehen sein. Insbesondere sind die Keramikanteile 34, 35 und 36 auf ihren Elektrodenflächen (wie üblich) metallisiert. Diese Elektrodenflächen sind außerdem die Verbindungsflächen der Keramikanteile 34, 35 und 36 mit den Metallanteilen 37, 38 und 39.The ceramic portion 34 is located in the drive element 33 (with respect to its longitudinal axis) preferably at a location which is at least close to the vibration node of the longitudinal resonance of the drive element 33 (with respect to this longitudinal axis). The ceramic portion 34 serves as a piezoelectric excitation element for the longitudinal vibrations. This ceramic part 34 has in the drive element 33 inserted electrical the 42 and 43 , which are for example the metal parts 37 and 38 of the drive element 33 . The metal parts and the ceramic parts are preferably screwed together. This is evident, for example, from DE-OS 36 033 53, 36 033 29. But it can also be seen easily soldering or electrically conductive adhesive connection. In particular, the ceramic portions 34 , 35 and 36 are metallized (as usual) on their electrode surfaces. These electrode surfaces are also the connection surfaces of the ceramic parts 34 , 35 and 36 with the metal parts 37 , 38 and 39 .

Bei Anlegen einer elektrischen Wechselspannung U ₁ an die An schlußleitung 101, 102, d.h. an die Elektroden 42 und 43, kann bei auf eine Longitudinalresonanz des Antriebselements 33 abgestimmter Frequenz dieser Wechselspannung das ganze An triebselement 33 in Longitudinal-Resonanzschwingung versetzt werden. Insbesondere führt dabei die Friktionsfläche 4, das ist die Berührungsfläche zwischen dem Ende des Anteils 39 und dem Abtriebskörper 1, Schwingungsamplituden in Längsrichtung des Antriebselements 33 aus.When an electric alternating voltage U ₁ at the on-circuit line 101, 102, ie to the electrodes 42 and 43 may be at tuned to a longitudinal resonance of the drive element 33 the frequency of this alternating voltage the whole An operating element to be displaced in longitudinal resonant vibration 33rd In particular, the friction surface 4 , that is the contact surface between the end of the portion 39 and the output body 1 , carries out vibration amplitudes in the longitudinal direction of the drive element 33 .

Bei Anlegen einer frequenzabgestimmten Wechselspannung U ₂ zwischen den Anschlüssen 101 und 103 ergibt sich, daß zwischen den Elektrodenpaaren 32, 33 des Keramikanteils 35 einerseits und zwischen den Elektrodenpaaren 132 und 133 des Keramikan teils 36 andererseits Kontraktions- und Dilatationsbewegungen (in Resonanz mit der Anregungswechselspannung U ₂ zwischen den Anschlüssen 101 und 103) auftreten. Bei der jeweiligen Rich tung der Feldstärke der elektrischen Wechselspannung U ₂ in den Keramikanteilen 35 und 36 und den schon erwähnten entgegenge setzten (permanenten) Polarisationsrichtungen 135 und 136 ergibt sich, daß in der Phase der Kontraktion des Kerami kanteils 35 der Keramikanteil 36 gerade Dilatation aufweist. Nach weiteren 180° der Wechselspannung U ₂ sind die Verhältnisse umgekehrt. Dies führt dazu, daß das stabförmige Ende des An teils 39 eine Schwenkbewegung bezogen auf das Antriebselement 33 ausführt, nämlich eine entsprechende transversale Schwingungsbewegung T.Upon application of a frequency-tuned ac voltage U ₂ between the terminals 101 and 103 is that between the electrode pairs 32, 33 of the ceramic portion 35 on the one hand and between the electrode pairs 132 and 133 of the Keramikan part 36 on the other hand, contraction and Dilatationsbewegungen (in resonance with the excitation AC voltage U gives _{2 occur} between the connections 101 and 103 ). In the respective Rich direction of the field strength of the alternating electrical voltage U ₂ in the ceramic portions 35 and 36 and the already mentioned opposite (permanent) polarization directions 135 and 136, it follows that in the phase of contraction of the ceramic portion 35 of the ceramic portion 36 has straight dilation . After a further 180 ° of the alternating voltage U ₂ , the situation is reversed. This leads to the fact that the rod-shaped end of the part 39 carries out a pivoting movement with respect to the drive element 33 , namely a corresponding transverse oscillating movement T.

Diese auf Biegungen beruhende Transversalbewegung T und die Longitudinalbewegung L ergeben zusammen das der Lissajous- Figur 3 entsprechende Bewegungsbild der Friktionsfläche 4. Das Abtriebsrad 1 kann damit durch periodisch auftretenden Frik tionsantriebs z.B. rechtsumlaufend angetrieben werden. Eine Phasenänderung um 180° der Spannung U ₂ gegenüber der Spannung U ₁ führt dazu, daß die transversale Schwingung T gegenüber der Longitudinalschwingung L um entsprechend 180° phasenverschoben ist. Dies führt dann zu entgegengesetztem, hier also linksum laufendem Antrieb des Abtriebsrades 1. Haben die Bewegungen L und T 90° Phasenverschiebung ergibt sich der Freilauf.This transverse movement T based on bends and the longitudinal movement L together result in the movement image of the friction surface 4 corresponding to the Lissajous FIG. 3 . The driven wheel 1 can thus be driven by periodic friction drive, for example clockwise rotation. A phase change of 180 ° in the voltage U ₂ with respect to the voltage U ₁ leads to the transverse oscillation T being out of phase with the longitudinal oscillation L by a corresponding 180 °. This then leads to the opposite, so here left about running drive of the driven wheel. 1 If the movements L and T have a 90 ° phase shift, the freewheeling results.

Wie schon aus dem voranstehenden hervorgeht, muß die Frequenz der Wechselspannung U 1 ein ganzzahliges (2, 3, 4 ...) Viel faches der Frequenz der Wechselspannung U 2 sein. As can be seen from the above, the frequency of the alternating voltage U 1 must be an integer (2, 3, 4 ...) many times the frequency of the alternating voltage U 2 .

Die Fig. 6 zeigt eine den äußeren Abmessungen im wesentlichen der vorangehenden beschriebenen Ausführungsform entsprechende weitere Ausführungsform. Wesentlicher Unterschied der Ausfüh rungsform nach Fig. 6 ist, daß die die Biegebewegung bewirken den Antriebselemente außen an dem den Anteil 39 entsprechenden Anteil 139 des Antriebselements 133 angeordnet sind. Bei ent sprechend phasenentgegengesetztem piezoelektrischen Verhalten (phasenentgegengesetzte elektrische Anregung oder entsprechend entgegengesetzter permanente Polarisationsrichtung) der Keramikanteile 235 und 236 wird wiederum die transversale Schwingungsbewegung T erzeugt. Die longitudinale Schwingungs bewegung wird wieder mittels des Keramikanteils 34 bewirkt. FIG. 6 shows a further embodiment which corresponds essentially to the outer dimensions of the embodiment described above. The essential difference of the Implementing approximate shape shown in FIG. 6 is that which cause the bending movement of the drive elements to the corresponding portion of the portion 39 are arranged outside 139 of the drive member 133. With accordingly phase-opposite piezoelectric behavior (phase-opposite electrical excitation or correspondingly opposite permanent polarization direction) of the ceramic portions 235 and 236 , the transverse oscillation movement T is again generated. The longitudinal vibration movement is again effected by means of the ceramic portion 34 .

Fig. 7 zeigt eine doppelseitige Ausführungsform, die im vorlie genden Falle an die Ausführung der Fig. 5 angelehnt ist. Die beiden Enden 39 und 239 führen Schwingungsbewegung T und L aus. Ein solches Antriebselement 233 der Fig. 7 kann vorteil hafterweise dazu verwendet werden, als Antrieb im Inneren eines kreisringförmigen Abtriebkörpers 70 angebracht zu werden, das in Rotation zu versetzen ist. Fig. 7 shows a double-sided embodiment, which is based on the embodiment of FIG. 5 in the vorlie case. The two ends 39 and 239 perform oscillatory movements T and L. Such a drive element 233 of FIG. 7 can advantageously be used to be attached as a drive inside an annular output body 70 which is to be set in rotation.

Bei der Erfindung handelt es sich also um einen für drei Be triebszustände (zwei Drehrichtungen und Freilauf) ausgelegten Friktionsmotor mit piezoelektrischem oder -magnetischem (magnetostriktivem) Antrieb, bestehend aus einem schwingfähigen Körper mit mindestens zwei Anregungsgruppen und einem primär linear angetriebenen Abtriebskörper 1, 11, 70. Das schwing fähige Antriebselement hat mindestens zwei Sätze von Eigen moden, die zu zueinander orthogonalen Komponenten L, T der Be wegungsrichtung anregbar sind. Die Resonanzspektren dieser Sätze von Eigenmoden besitzen keine gemeinsamen Frequenzen. Verwendet werden zwei Schwingungen unterschiedlicher, aber in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehender Frequenzen.The invention is therefore a friction motor designed for three operating states (two directions of rotation and freewheel) with a piezoelectric or magnetic (magnetostrictive) drive, consisting of an oscillatable body with at least two excitation groups and a primarily linearly driven output body 1 , 11 , 70 . The vibratory drive element has at least two sets of eigenmodes that can be excited to mutually orthogonal components L , T of the direction of movement. The resonance spectra of these sets of eigenmodes have no common frequencies. Two vibrations of different frequencies, but with an integer relationship to each other, are used.

Vorteile gegenüber bestehenden piezoelektrischen Motoren sind:Advantages over existing piezoelectric motors are:

- Drive via linear or point contact,
- linear drive passive output body can be reached,
- Driving of non-planar elements is possible ( Fig. 4).

Fig. 8 gibt ein Schaltungsbeispiel zur Fig. 1. Mit 84 ist die jeweilige Polarisationsrichtung der Keramik der Plättchen 30, 130 ... 150 angegeben. Auf den freien Oberflächen der Plätt chen befinden sich die zur Fig. 1 beschriebenen Elektroden 31, 131 ... 151. Mit 82 und mit 83 sind die Anschlüsse für die Anregungsspannungen für die beiden Schwingbewegungen mit zu einander ganzzahligem Verhältnis ihrer Schwingungsfrequenzen. FIG. 8 gives a circuit example for FIG. 1. The respective polarization direction of the ceramic of the plates 30 , 130 ... 150 is indicated at 84 . The electrodes 31 , 131 ... 151 described for FIG. 1 are located on the free surfaces of the plates. With 82 and with 83 are the connections for the excitation voltages for the two oscillating movements with an integer ratio of their oscillation frequencies.

Claims

1. Piezomotor
with a drive element ( 2 , 33 , 133 , 233 )
with an output body ( 1 , 11 , 70 )
which are both in frictional contact with one another, the drive element having a structure to be excited by means of electrical alternating voltage piezoelectrically or magnetostrictively to two mutually phase-shifted resonance vibrations, which leads to two mutually orthogonal movement components ( L , T ) in the area of the frictional contact, the one movement component ( L ) pressure and the other movement component ( T ) causes the predetermined drive, characterized thereby

- That the drive element ( 2 , 33 , 133 , 233 ) has two excitation systems ( 40 , 140 ; 30 , 130 ; 50 , 150 or 34 , 35 , 36 ; or 34; 235, 236 ), the electrical or magnetic functional separated from each other to own resonance vibrations with selectable predetermined phase of the two mechanical vibratory movements ( L , T ) can be excited and
- That the two excitation systems are dimensioned so that they have two different operating resonance frequencies, which have an integer ratio to each other, the respective bandwidth of the individual excitation systems for the respective operating resonance frequency is small compared to the frequency spacing.

2. Piezomotor according to claim 1, characterized in that the one of the two mutually orthogonal Bewegungskomponen th a longitudinal movement ( L ) of the drive element ( 2 , 33 , 133 , 233 ) is a longitudinal vibration movement and the other movement component ( T ) is a bending vibration movement .

3. Piezomotor according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation systems of the two mechanical vibratory movements (L, T) are integrated in the drive element.

4. Piezomotor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that on or in the drive element ( 2 , 33 , 133 , 233 ) means ( 40 , 140 ; 34 ) are provided which cause the longitudinal movement ( L ).

5. Piezomotor according to one of claims 1 to 4, characterized in that on or in the drive element ( 2 , 33 , 133 , 233 ) means ( 30 , 130 , 50 , 150 ; 35 , 36 ) are provided which the bending movement ( T ) effect.

6. Piezomotor according to one of claims 1 to 5, characterized in that piezoelectric means for generating the mutually orthogonal movement components ( L , T ) are provided.

7. Piezomotor according to claim 6, characterized in that these piezoelectric means are arranged and switched such that they are effective with the d ₃₁ effect ( Fig. 1, 4).

8. Piezomotor according to claim 7, characterized in that these piezoelectric means are arranged and switched such that they are effective with the d ₃₃ effect ( Fig. 5).

9. Piezomotor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the drive element ( 233 ) is effective in one axis in two directions. ( Fig. 7)

10. Piezomotor according to one of claims 1 to 9, characterized by that it is built in to generate rotary movements.

11. Piezomotor according to one of claims 1 to 9, characterized by that it is built in to generate linear movements.