DE10113660A1 - Piezoelektrischer Antrieb - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Antrieb, der aus einem Stator (2) und einem Rotor (4) besteht. Er zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: DOLLAR A Es ist vorgesehen, DOLLAR A - dass der Stator (2a) mit einem zylinderförmigen Piezoelement (2) versehen ist, das wenigstens zwei Elektroden und mindestens eine Kontaktfläche (2b) sowie eine erste Resonanzfrequenz aufweist, DOLLAR A - dass der Rotor (4) einen zwischen dem Piezoelement (2) und dem Rotor (4) befindlichen mechanischen Übertrager (1) aufweist, welcher in Richtung auf die Kontaktfläche (2b) Erhebungen (3) aufweist, welche unter einem bestimmten Winkel in Richtung der Kontaktfläche (2b) des Piezoelements (2) weisen und unter Vorspannung an der Kontaktfläche (2b) anliegen und welche eine zweite Resonanzfrequenz aufweisen, DOLLAR A und dass das Piezoelement (2) durch periodisches Ausüben von Druck auf die Erhebungen (3) mit der ersten Resonanzfrequenz in den Erhebungen (3) Schwingungen mit der zweiten Resonanzfrequenz anregt, wodurch die Erhebungen (3) von der Kontaktfläche (2b) periodisch abspringen und der Rotor (4) in Drehbewegung versetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Antrieb, der aus einem Stator und einem Rotor besteht.

Aus EP 0 557 106 ist ein piezoelektrischer Antrieb bekannt, welcher aus einem Stator, welcher ein Piezoelement mit mehreren Elektroden auf beiden Seiten zur Ansteuerung enthält, und einem ringförmigen Rotor besteht, der mehrere Gleitelemente aufweist, welche den Stator berühren. In Bewegung versetzt wird der Motor durch eine Wander­ welle, welche durch Ansteuerung der Elektroden des Piezoelements im Stator geschieht.

Aus US 4,959,580 ist ein weiterer piezoelektrischer Antrieb bekannt, welcher aus einem Stator besteht, welcher einen kreisförmigen Rotor umfasst. In der Achse des Stators und des Rotors ist ein piezoelektrisches Element montiert, welches mit dem Stator über ein Gehäuse verbunden ist und welches radiale Schwingungen ausführt. An dem piezo­ elektrischen Element sind Federelemente, sogenannte Pusher, montiert, welche auf den Rotor einwirken und in Drehung versetzen.

Auch aus US 4,453,103 ist ein ähnlicher piezoelektrischer Antrieb bekannt. Dieser arbeitet ebenfalls mit am Piezoelement seitlich befestigten Federelementen, sogenannten Pushern.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Antrieb zu schaffen, welcher möglichst einfach aufgebaut ist, eine einfache Ansteuerung des Piezoelements erlaubt und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

• - dass der Stator mit einem zylinderförmigen Piezoelement versehen ist, das wenigstens zwei Elektroden und mindestens eine Kontaktfläche sowie eine erste Resonanzfrequenz aufweist, und
• - dass der Rotor einen zwischen dem Piezoelement und dem Rotor befindlichen mechanischen Übertrager aufweist, welcher in Richtung auf die Kontaktfläche Erhebungen aufweist, welche unter einem bestimmten Winkel in Richtung der Kontaktfläche des Piezoelements weisen und unter Vorspannung an der Kontaktfläche anliegen und welche eine zweite Resonanzfrequenz aufweisen,

wobei das Piezoelement durch periodisches Ausüben von Druck auf die Erhebungen mit der ersten Resonanzfrequenz in den Erhebungen Schwingungen mit der zweiten Resonanzfrequenz anregt, wodurch die Erhebungen von der Kontaktfläche periodisch abspringen und der Rotor in Drehbewegung versetzt wird.

Um den Rotor eines piezoelektrischen Antriebs in Bewegung zu versetzen, benötigt man zwei Resonanzfrequenzen in unterschiedlichen Schwingungsebenen. Man kann beide Resonanzfrequenzen elektrisch anregen, dann benötigt man wenigstens vier Ansteuer­ elektroden am piezoelektrischen Element. Außerdem muss die Versorgung der Elektroden mit zwei Wechselspannungen genau aufeinander abgestimmt sein. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet den Vorteil, dass nur zwei Elektroden mit einer Wechselspannung versorgt werden müssen, so genügt so ein relativ einfacher Regelkreis. Die zweite Resonanzfrequenz wird auf mechanischem Wege im mechanischen Übertrager erregt. Durch die Erhebungen am Übertrager überlagert sich die mechanische Resonanzfrequenz mit der elektrischen Resonanzfrequenz des Stators und versetzt so den Rotor in Drehbe­ wegung. Da der mechanische Übertrager die Drehbewegung auf den Rotor übertragen muss, ist er mit dem Rotor verbunden. Da ein solcher piezoelektrischer Antrieb sowohl als Radialmotor als auch als Axialmotor gebaut werden kann, ist er vielseitig einsetzbar. Der Radialmotor ist außerdem mit einem Rotor als Innenläufer oder als Außenläufer zu ver­ wenden. Beim Radialmotor befinden sich die Kontaktflächen des Piezoelements mit den Erhebungen an der zylinderförmigen Außenseite oder Innenseite des Piezoelements, welches so von den Erhebungen in radialer Richtung umgeben ist bzw. die Erhebungen in radialer Umgebung ergibt. Wird der Antrieb als Axialmotor gebaut, so befinden sich die Kontaktflächen an einer Seitenwand des Piezoelements, so dass das Piezoelement seitlich gegen die Erhebungen des Übertragers gedrückt wird. Grundsätzlich bietet die Erfindung den Vorteil, dass große Schwingungsamplituden möglich sind und die Reibung zwischen dem Piezoelement und den Erhebungen gering ist, da die Erhebungen periodisch von dem Piezoelement abheben.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird der Wirkungsgrad des piezoelektrischen Antriebs zum Optimum gebracht. Dazu stimmen die Resonanzfrequenzen von Piezo­ element und mechanischem Übertrager möglichst überein bzw. sind ein Vielfaches von­ einander. In der Praxis lässt sich dieser Idealzustand auf Grund von Toleranzen und Abnutzungserscheinungen nicht ganz erreichen, ist aber anzustreben.

Auch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 dient der Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrads. Die Erhebungen werden auf die Kontaktoberfläche des Piezoelements gepresst, wobei sie eine Kraft senkrecht zur Kontaktoberfläche erfahren, welche Vorspan­ nungskraft genannt wird. Damit die Erhebungen sich möglichst reibungsarm und damit verlustarm über die Kontaktfläche fortbewegen, müssen sie gleichmäßig belastet werden. Deshalb muss auf alle Erhebungen eine gleich starke Vorspannungskraft einwirken.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist eine kontinuierlich Drehbewegung mit möglichst wenig Erhebungen auf dem mechanischen Übertrager möglich. Damit der Rotor rund läuft, sind die Erhebungen in regelmäßigen Abständen auf dem Übertrager anzu­ bringen, was beim Minimum von 3 Erhebungen jeweils einen Abstand von einem Drittel des Umgangs des Übertragers bedeutet. Es ist auch möglich, mehr als 3 Erhebungen einzusetzen.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 erlaubt einen besonders kompakten Rotor, bei dem sichergestellt ist, dass die Drehbewegung des Übertragers auf den Rotor ohne Verluste übertragen wird. Ein solcher Rotor ist auch besonders stabil und reduziert so Vibrationen.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 bietet den Vorteil, dass der Verschleiß durch Ab­ nutzung auf der Kontaktfläche des Piezoelements reduziert wird. Dies wird durch das Aufbringen einer widerstandsfähigen Beschichtung auf die Kontaktfläche erreicht. Je weniger sich die Kontaktfläche abnutzt, desto geringer fällt der Wirkungsgradverlust während der Lebensdauer des piezoelektrischen Antriebs aus und desto stabiler verhält sich der Antrieb während seiner gesamten Lebensdauer.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 7 besitzt der Übertrager in einem Radialmotor immer eine Vorspannung gegenüber dem Stator und hat so einen besonders guten Wirkungsgrad. Auf eine zusätzliche Feder, welche beim Axialmotor zur Vorspannung den Übertrager gegen den Stator presst, kann so verzichtet werden.

In der Ausgestaltung nach Anspruch 8 wird der piezoelektrische Antrieb als Radialmotor lagerlos betrieben. Dies sorgt für einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau. Da der Rotor sich vom Piezoelement in radialer Richtung nicht entfernen kann, muss der Rotor nur in axialer Richtung geführt werden. Dies geschieht einfach, in dem der Rotor mit der anzutreibenden Welle verbunden wird oder eine axiale Bewegung des Rotors anderweitig unterbunden wird. Dabei ist es wichtig, dass auf den Rotor in radialer Rich­ tung möglichst keine Kräfte einwirken, da sonst ein unrunder Lauf mit Vibrationen nicht zu vermeiden ist.

Anspruch 9 beschreibt eine einfache Art der Montage eines erfindungsgemäßen piezo­ elektrischen Antriebs, wenn dieser als Radialmotor ausgeführt ist. Da der Rotor mit dem Übertrager eine geschlossene Figur bildet und er gegen den Stator vorgespannt sein muss, weist er einen geringeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Stators auf. Folglich muss der Innendurchmesser des Rotors zur Montage des Rotors auf dem Stator erweitert werden. Da der Innendurchmesser des Rotors von den Erhebungen des Über­ tragers bestimmt wird, übt man nun auf den Rotor an mehreren Stellen Druck aus, wodurch sich der Rotor mit dem Übertrager elastisch verformt und die Erhebungen seit­ lich weggeklappt werden. So wird der effektive Innendurchmesser des Übertragers größer und der Rotor kann so auf den Stator aufgeschoben werden. Dann wird der Druck wieder weggenommen und die Erhebungen richten sich in ihre ursprüngliche Position aus, wo­ durch der Rotor mit dem Übertrager gegen den Stator vorgespannt ist. Die Verformung des Rotors, des Übertragers und der Erhebungen darf über den reversiblen Bereich natürlich nicht hinausgehen.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 10 bezeiht sich auf einen nicht ringförmigen Rotor und Übertrager, auch hier ist der Antrieb als Radialmotor ausgeführt. Um die elastische Ver­ formbarkeit des Rotors und des Übertragers zu erhöhen, besteht der Rotor aus einem gleichseitigen Dreieck. In der Mitte jeder Seite weist der Rotor nach innen weisende Erhebungen auf, welche als Übertrager dienen. Dadurch kann sich das gleichseitige Dreieck wie der kreisförmige Rotor auf dem Stator drehen. Es ist auch ein n-Eck mit 6, 9, 12, . . ., n.3; nεN denkbar. Der Vorteil des Dreiecks liegt darin, dass sich der Umfang des gleichseitigen Dreiecks bei gleichem Innendurchmesser zwischen den Erhebungen wie beim kreisförmigen Rotor wesentlich vergrößert, so dass der Druck des Rotors auf den Stator geringer ist und der dreiecksförmige Rotor durch Verformung z. B. zur Montage viel leichter aufgeweitet werden kann.

In den Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 11 und 12 wird der erfindungsgemäße piezoelektrische Antrieb als Motor eingesetzt. Da er besonders leicht und kompakt ist und hohe Drehzahlen ermöglicht, eignet er sich auch hervorragend als Getriebemotor in kleinen Elektrogeräten.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 13 erlaubt es, einen elektrischen Rasierapparat mit rotierenden Schneidwerkzeugen mit den Vorteilen eines erfindungsgemäßen piezo­ elektrischen Antriebs zu versehen. So können bei den derzeit üblichen Ausführungen mit drei rotierenden Messern alle Schneidwerkzeuge als Rotoren ausgeführt werden, die sich um jeweils ein Piezoelement als Stator drehen. Eine solche Anordnung ist wartungsarm, da kein Getriebe benötigt wird, und platzsparend zu realisieren. Des weiteren verbraucht sie wenig Strom, was wiederum eine Verkleinerung und damit auch Gewichtsersparnis des Akkus bedeutet.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 14 bietet den großen Vorteil, dass die Rotoren mit den Schneidmessern zusammen leicht ausgetauscht werden können, da Rotor und Schneid­ messer ein Bauteil sind. Ansonsten weist so ein Rasierapparat keine weiteren Verschleißteile mehr auf. Da der Rotor leicht abgezogen werden kann, ist auch eine besonders problem­ lose Reinigung möglich.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 15 stellt einen besonders einfach herzustellenden und wartungsarmen Ventilator da. Dieser verfügt über eine direkt vom piezoelektrischen An­ trieb angetriebene Luftschraube und baut so besonders kompakt. Außerdem arbeitet der Antrieb besonders leise, was ihn zum Einsatz als Lüfter in Computern oder Projektoren prädestiniert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand mehrerer Figuren näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen piezoelektrischen Antrieb als Radialmotor in der Seitenansicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den piezoelektrischen Antrieb in einem Rasierapparat,

Fig. 3 einen Rasierapparat mit den piezoelektrischen Antrieben in der Draufsicht,

Fig. 4 einen dreiecksförmigen Rotor für den piezoelektrischen Antrieb in radialer Bauweise,

Fig. 5 den piezoelektrischen Antrieb in radialer Bauweise mit aufgeweitetem kreisförmigem Rotor bei der Montage,

Fig. 6 den piezoelektrischen Antrieb in einer Getriebeanordnung für einen Rasierapparat mit drei rotierenden Scherköpfen,

Fig. 7 eine Pumpe mit einem radialen piezoelektrischen Antrieb,

Fig. 8 die Pumpe mit einem zweigeteilten Piezoelement,

Fig. 9 den radialen piezoelektrischen Antrieb als Explosionszeichnung,

Fig. 10 einen axialen piezoelektrischen Antrieb als Explosionszeichnung,

Fig. 11 einen piezoelektrischen Antrieb an Stelle eines herkömmlichen Elektromotors in einem Rasierapparat und

Fig. 12 einen piezoelektrischen Radnabenmotor.

Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Radialmotor zu sehen, besteht der neuartige piezo­ elektrische Antrieb aus einem Stator 2a mit einem zylinderförmigen Piezoelement 2, und einem Rotor 4, wobei das Piezoelement 2 eine Kontaktfläche 2b an der dem Rotor 4 zugewandten Seite aufweist, welche gegen Abnutzungen mit einem widerstandsfähigen Material beschichtet ist. Das Piezoelement 2 selbst besitzt 2 Elektroden, welche bei An­ legen einer elektrischen Spannung ein Zusammenziehen des Piezoelements 2 in axialer Richtung und damit eine Ausdehnung in radialer Richtung ermöglichen. Der ringförmige oder zylinderförmige Rotor 4 weist an seiner Innenseite einen sogenannten mechanischen Übertrager 1 auf, welcher mittels dreier Erhebungen 3 das Piezoelement 2 berührt und mit einer Vorspannung gegenüber dem Piezoelement 2 beaufschlagt ist. Diese Vorspannung erhält man bei der Bauweise als Radialmotor einfach dadurch, dass der Durchmesser des Piezoelements 2 etwas größer ist als der effektive Durchmesser des Ankreises an die drei Erhebungen 3. Um den Antrieb in Bewegung zu setzen, wird an das Piezoelement 2 des Stators 2a eine Wechselspannung angelegt, wodurch sich das Piezoelement 2 zunächst in axialer Richtung periodisch zusammenzieht. Unter Berücksichtigung der Poisson-Zahl des Piezoelements 2 dehnt es sich dann in radialer Richtung mit einer elektrischen Resonanz­ frequenz des Piezoelements 2 periodisch aus und übt eine Kraft auf die Erhebungen 3 aus. Diese werden nun ebenfalls in periodische Schwingungen versetzt, fangen an sich auf der Kontaktfläche 26 des Piezoelements 4 zu bewegen und erzeugen so die benötigte zweite Resonanzfrequenz auf mechanischem Weg. Dadurch wird der Rotor 4 in Drehbewe­ gung versetzt. Zur Ansteuerung des Piezoelements 2 wird also nur eine elektronische Treiberstufe benötigt.

Durch Überlagerung der mechanischen Resonanzfrequenz der drei Erhebungen 3 des Übertragers 1 und der elektrischen Resonanzfrequenz des Piezoelements 2 wird der Rotor 4 samt Übertrager 1 in eine Drehbewegung versetzt. Die Erhebungen 3 machen dabei kleine Sprünge auf der Oberfläche des Piezoelements 2. Rotor 4 und Übertrager 1 sind fest miteinander verbunden oder können auch aus einem Bauteil bestehen. Da der Rotor 4 in radialer Richtung vom Stator 2a geführt wird, ist kein zusätzliches radiales Lager erforder­ lich. Der Rotor 4 kann direkt mit einem zu drehenden Objekt, z. B. einer Welle, ver­ bunden sein. Dadurch ist der neuartige piezoelektrische Antrieb extrem wartungsarm und kostengünstig.

Er eignet sich daher auch hervorragend zum Einsatz in einem elektrischen Rasierapparat mit rotierenden Schneidköpfen 19. In Fig. 2 ist ein solcher Schneidkopf 19 mit Direkt­ antrieb zu sehen. Der Stator 2a steckt dabei geschützt in einem Gehäuse 5, welches zu­ gleich das Gehäuse des Rasierapparats sein kann, alternativ kann das Gehäuse 5 aber auch auf einer Trägerplatte 6 montiert sein. Um das rotationssymmetrische Gehäuse 5 herum, liegt der Rotor 4 mit dem Übertrager 1. Die Schwingungen des Piezoelements 2 werden dabei durch das Gehäuse 5 hindurch auf den Übertrager 1 übertragen. Dadurch dreht sich der Rotor 4 mit dem Übertrager 1 um das Gehäuse 5. Der Rotor 4 ist an seiner Außenseite gleichzeitig als Schneidkopf 19 ausgeformt und entfernt so die Barthaare des Benutzers. Somit ist auch ein einfacher Austausch des abgenutzten Schneidkopfs 19 möglich, indem einfach ein neuer Rotor 4 über das Gehäuse 5 gesteckt wird. Dies ist in Fig. 3 bei einem Dreikopfrasierer dargestellt. Das Gehäuse 5 muss hierzu natürlich aus einem abriebfesten Material sein, da der Übertrager 1 des Rotors 4 direkt auf dem Gehäuse läuft. Zweck­ mäßiger Weise ist das Gehäuse 5 gegen Abnutzung beschichtet.

An Stelle eines kreisförmigen Rotors 4 ist auch ein dreiecksförmiger Rotor 4 wie in Fig. 4 möglich. Hierbei bestehen Rotor 4 und Übertrager 1 sowie die Erhebungen 3 aus einem Bauteil. Bei einer mittigen Positionierung der Erhebungen 3 in einem gleichseitigen Drei­ eck liegen die Berührungspunkte der Erhebungen 3 mit dem Piezoelement 2 alle auf einem Ankreis. Damit kann auch ein solcher Rotor 4 gleichmäßige Drehbewegungen ausführen. Er bietet gegenüber dem kreisförmigen Rotor 4 aus Fig. 1 den Vorteil, dass der wesent­ lich elastischer ist. Er kann also stärker gedehnt werden. Dies ist besonders bei der Mon­ tage des Rotors 4 auf das Piezoelement 2 von Vorteil, da hierzu der Innendurchmesser d des Rotors 4 zwischen den Erhebungen 3 aufgeweitet werden muss. Außerdem ist die Vorspannung im Betrieb geringer, wodurch der Antrieb effektiver und mit höherem Wirkungsgrad arbeitet. Statt eines dreieckförmigen Rotors 4 ist auch ein Rotor mit mehreren Ecken (Vieleck) denkbar. Außerdem kann der Rotor 4 zwischen den Erhebungen 3 statt der glatten Verbindungen 4a auch mäanderförmige Verbindungen aufweisen, insbesondere Verbindungen in Ziehharmonikaform, wodurch der Rotor 4 insgesamt noch elastischer wird und sozusagen Federelemente in den Rotor 4 integriert werden.

Die Montage eines kreisförmigen Rotors 4 auf das Piezoelement 2 ist in Fig. 5 dargestellt. Indem man an mehreren Stellen Druck auf den Rotor 4 ausübt, legen sich die Erhebungen 3 des Übertragers 1 leicht zur Seite und geben so einen größeren Innendurchmesser d frei. In diesem Zustand kann das Piezoelement 2 in den Rotor 4 eingeschoben werden. Dann wird der Druck wieder entfernt und der Rotor 4 ist gegen den Piezoelement 2 vorgespannt.

Sollen in einem elektrischen Rasierapparat mehrere rotierende Schneidköpfe 19 von einem piezoelektrischen Motor angetrieben werden, so empfiehlt sich eine Anordnung wie in Fig. 6. Hierbei ist das Piezoelement 2 über einen Stator 2a mit einer Montageplatte 8 verbunden, welche gleichzeitig zur Lagerung der Achsen 9 der rotierenden Scherköpfe dient. Der Rotor 4 ist dabei an seiner Außenseite als Zahnrad ausgeformt und treibt so über weitere Zahnräder 7 die Achsen an. Da das Piezoelement mit der Montageplatte 8 fest verbunden ist und die Achsen 9 ebenfalls in der Montageplatte 8 gelagert sind, ergibt sich eine sehr stabile und kompakte Anordnung, welche besonders flach ausgeführt werden kann.

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Antrieb eignet sich in radialer Bauweise auch sehr gut als Antrieb für eine Pumpe. Eine solche Pumpe gemäß Fig. 7 und 8 besteht im wesentlichen aus einem Rohr 10, welches zum Transport des Förderguts dient. In dem Rohr 10 befindet sich ein Lager 11 zur Aufnahme des Rotors 4. Dieser Rotor 4 treibt direkt ein Turbinenrad 12 an, welches das Fördergut durch das Rohr 10 pumpt. Um den Rotor in Drehung zu versetzen, befindet sich in Höhe des Rotors 4 außerhalb des Rohres 10 ein ringförmiges oder zylinderförmiges Piezoelement 2. Dieses Piezoelement 2 versetzt durch die Wand des Rohres 10 hindurch den Rotor 4 in Drehbewegungen. Da die Erhebungen 3 sich auf der Innenwand des Rohres 10 fortbewegen, muss das Rohr 10 aus einem abnutzungsbeständigen Material bestehen oder zumindest an der Stelle, wo es mit den Erhebungen 3 des Rotors 4 in Kontakt kommt, mit einer widerstandsfähigen Schicht versehen sein, denn die Innenwand des Rohres 10 dient hierbei gleichzeitig als Kontakt­ fläche 2b. Zur einfacheren Montage kann das Piezoelement 2 auch aus zwei Bauteilen bestehen, welche von einem äußeren Ring 13 zusammengehalten werden.

In Fig. 9 ist der piezoelektrische Antrieb als radialer Motor dargestellt, welcher in ver­ schiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann. Der Antrieb der Anwendungen erfolgt hier über ein Zahnrad 7. Untergebracht ist der gesamte Motor in einem zweiteiligen Gehäuse 14a, 14b, aus dem nur das Zahnrad 7 herausragt sowie elektrische Anschlüsse. Das Piezoelement 2 ist zwischen zwei Trägerelementen 15a, 15b mittels zweier Befesti­ gungselemente 16a, 166 mit den Gehäuseteilen 14a, 14b verbunden. Um das Piezoelement 2 herum dreht sich der Rotor 4, welcher seine Kraft über einen Ring 17a und ein Feder­ bauteil 176 an eine Antriebsachse 18 überträgt. Die Antriebsachse ist ragt durch ein Loch aus dem oberen Gehäuseteil 14a des Motors heraus und ist dort mit dem Zahnrad 7 ver­ bunden. Insgesamt baut ein solcher Motor sehr flach und benötigt kein Lager in radialer Richtung, da der Rotor 4 durch das Piezoelement 2 zentriert ist. In axialer Richtung wird ein Wandern des Rotors durch die Gehäusehälften 14a, 14b verhindert, welche ein axiales Lager bilden. In Fig. 11 ersetzt ein solcher piezoelektrischer Antrieb einen herkömm­ lichen Motor 18 in einem elektrischen Rasierapparat. Der Motor treibt hierbei über ein Zahnrad 7 eine Getriebeachse 20 an, welche wiederum einen Schneidkopf 19 in Drehung versetzt. Untergerbacht ist der Motor in einem Gehäuse 21, welches gleichzeitig als Griff dient. Der radiale Motor eignet sich auch sehr gut als Antrieb für einen Ventilator, ins­ besondere als Antrieb für einen Ventilator in einem Computer. Hierbei wird einfach von dem Zahnrad 7 eine Luftschraube angetrieben. Man kann auch das Zahnrad 7 direkt durch die Luftschraube ersetzen und erhält so einen direkt angetriebenen Ventilator.

Anstatt der in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen radialen Motorbauweise ist auch eine axiale Bauweise möglich. Ein solcher axialer Motor ist in Fig. 10 gezeigt. Hier ist das Piezoelement 2 an einem ringförmigen Stator 2a befestigt und treibt zwei Rotoren 4 an, welche das Piezoelement 2 jeweils von einer Seite berühren. Der Stator 2a ist zwischen zwei Gehäusehälften 14a, 14b festgeklemmt. Die Rotoren 4 besitzen jeweils auf der dem Piezoelement 2 abgewandten Seite Federelemente 15b, welche die nötige Vorspannungs­ kraft auf die Rotoren 4 ausüben. Über ein Rohr 16a sind die beiden Rotoren 4 und die Federelemente 15b mit einer gemeinsamen Achse 9 verbunden und werden auf der Achse 9 durch Verriegelungselemente 166, 16c und 16d fixiert. Der obere Gehäuseteil 14a weist wie beim radialen Motor ein Loch auf, durch welches die Achse 9 nach außen ragt. Im Außenraum ist auf der Achse 9 außerdem ein Zahnrad 7 montiert, welches die Kraft des Motors auf anzutreibende Bauteile im Außenraum überträgt. Diese Motor baut länger als ein vergleichbarer radialer Motor, er hat dafür einen geringeren Durchmesser. Auch ein solcher axialer Motor kann in Fig. 11 an Stelle eines herkömmlichen Motors 18 einge­ setzt werden.

Ein radialer piezoelektrischer Antrieb kann auch als Direktantrieb für die Räder eines Fahrzeugs genutzt werden. Ein solches in Fig. 12 gezeigtes Antriebskonzept basiert auf einem Radnabenmotor. Dabei besteht das Lager des Rads aus einem radialen Piezoelement 2, und die Felge des Rads bildet der Rotor 4. Die Vorspannungskraft auf den Rotor 4 übt dann die Gewichtskraft des Fahrzeugs aus. Ein solches Fahrzeug kann problemlos über Allradantrieb verfügen und benötigt keine Antriebswellen. Das Piezoelement 2 muss nur über entsprechende Stromzuführungen verfügen.

Claims (16)

1. Piezoelektrischer Antrieb mit einem Stator (2a) und einem Rotor (4),
wobei der Stator (2a) mit einem zylinderförmigen Piezoelement (2) versehen ist, das wenigstens zwei Elektroden und mindestens eine Kontaktfläche (2b) sowie eine erste Resonanzfrequenz aufweist,
wobei der Rotor (4) einen zwischen dem Piezoelement (2) und dem Rotor (4) befindlichen mechanischen Übertrager (1) aufweist, welcher in Richtung auf die Kontaktfläche (2b) Erhebungen (3) aufweist, welche unter einem bestimmten Winkel in Richtung der Kontaktfläche (2b) des Piezoelements (2) weisen und unter Vorspannung an der Kontaktfläche (26) anliegen und welche eine zweite Resonanzfrequenz aufweisen, und
wobei das Piezoelement (2) durch periodisches Ausüben von Druck auf die Erhebungen(3) mit der ersten Resonanzfrequenz in den Erhebungen (3) Schwingungen mit der zweiten Resonanzfrequenz anregt, wodurch die Erhebungen (3) von der Kontaktfläche (2b) periodisch abspringen und der Rotor (4) in Drehbewegung versetzt wird.

2. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Resonanzfrequenzen so aufeinander abgestimmt sind, dass die Erhebungen (3) zur gleichen Zeit in die gleiche Richtung und zwar in Drehrichtung des Rotors (4) schwingen und dass die beiden Resonanzfrequenzen wenigstens nahezu übereinstimmen oder das die beiden Resonanzfrequenzen wenigstens nahezu ein Vielfaches voneinander sind.

3. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (3) eine auf die Kontaktfläche (26) senkrecht einwirkende nahezu gleiche Vorspannungskraft erfahren.

4. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Übertrager (1) drei oder mehr Erhebungen (3) aufweist und diese in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.

5. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rotor (4) und mechanischer Übertrager (1) aus einem Bauteil bestehen oder wenigstens fest miteinander verbunden sind.

6. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (2) wenigstens auf der Kontaktfläche (2b) zur Verminderung von Abnutzung beschichtet ist.

7. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Übertrager (1) elastischen Eigenschaften und zwischen seinen Erhebungen (3) einen geringeren Durchmesser als das Piezoelement (2) aufweist und so gegenüber dem Piezoelement (2) vorgespannt ist.

8. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Antrieb ohne ein zusätzliches Lager in Richtung der Vorspannungskraft betreibbar ist.

9. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage des Rotors (4) mit dem mechanischen Übertrager (1) auf das Piezoelement (2) durch das Ausüben von Kräften auf bestimmte Stellen des Rotors (4) eine elastische Verformung des Rotors (4) und des mechanischen Übertragers (1) vorgesehen ist, wodurch der Durchmesser zwischen den Erhebungen (3) größer als der des Piezoelements (2) ist.

10. Piezoelektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrager (1) und der Rotor (4) die Form eines gleichseitigen Dreiecks aufweisen, wobei jeweils in der Mitte der Seiten des Dreiecks eine nach innen weisende Erhebung (3) vorhanden ist.

11. Motor zum Antrieb drehbarer oder beweglicher Teile (7) mit einem piezoelektrischen Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in einem Getriebe enthalten ist und zum Antrieb von Zahnrädern (7) vorgesehen ist.

13. Elektrischer Rasierapparat mit rotierenden Schneidwerkzeugen (19), dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Schneidwerkzeuge (19) zum Antrieb durch einen piezoelektrischen Antrieb nach Anspruch 1 vorgesehen sind.

14. Elektrischer Rasierapparat mit rotierenden Schneidwerkzeugen (19), dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Schneidwerkzeuge (19) die Rotoren (4) eines piezoelektrischen Antriebs nach Anspruch 1 sind.

15. Elektrisch betriebener Ventilator, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator eine Luftschraube aufweist, welche zum Antrieb durch einen piezoelektrischen Antrieb nach Anspruch 1 vorgesehen ist.

16. Elektrisches Gerät mit einem piezoelektrischen Antrieb nach Anspruch 1.