DE1488698C3 - Electric drive device, in particular drive device for a small mechanical payload - Google Patents
Electric drive device, in particular drive device for a small mechanical payloadInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere Antriebsvorrichtung für eine kleine mechanische Nutzlast, zur Umsetzung einer mechanischen Schwingungsbewegung des treibenden Organs in eine mechanische Drehbewegung des getriebenen Organs unter Verwendung elektromechanischer Wandlerelemente. '.:The invention relates to an electric drive device, in particular a drive device for a small mechanical payload, to implement a mechanical vibratory movement of the driving force Organ into a mechanical rotary movement of the driven organ using electromechanical Transducer elements. '.:
Für Regel- und Steuerzwecke werden häufig elektrische Antriebsvorrichtungen benötigt, die nur eine verhältnismäßig kleine mechanische Nutzlast anzutreiben haben. In erster Linie wäre hierbei zur Lösung dieser Aufgabe an einen Elektromotor zu denken, der entsprechend des kleinen von ihm geforderten Drehmoments verhältnismäßig klein ausgebildet sein könnte. Wegen der relativ kleinen zu treibenden mechanischen Nutzlast läßt sich mit guter Näherung sagen, daß ein derartiger Elektromotor praktisch im Leerlauf betrieben wird. Bekanntlich sind die Leerlaufverluste eines Elektromotors im wesentlichen durch seine Kupfer- und Eisenverluste sowie durch die mechanischen Verluste gegeben, die durch die Reibung der Antriebswelle entstehen. Diese Leer-Iaufverluste lassen sich jedoch unter ein gewisses, der Bauart des Elektromotors entsprechendes Minimum nicht herabdrücken, d. h. sie können nicht entsprechend der mechanischen Nutzlast verkleinert werden. Aus diesem Grund ergibt sich für Elektromotoren, die nur eine kleine mechanische Nutzlast anzutreiben haben, ein verhältnismäßig schlechter Wirkungsgrad. Dieser Umstand wird insbesondere dann als störend empfunden, wenn der Elektromotor beispielsweise in einer Regelschaltung verwendet werden soll, bei der die übrigen Schaltelemente selbst einen nur geringen Leistungsbedarf haben und bei der die vom Elektromotor aufgenommene Leistung bereits einen erheblichen Teil der insgesamt zur Verfügung stehenden Leistung beanspruchen würde.For regulation and control purposes, electric drive devices are often required that only one have to drive relatively small mechanical payload. First and foremost, this would be the solution to think of an electric motor for this task, which corresponds to the small torque required by it could be made relatively small. Because of the relatively small mechanical to be driven Payload can be said with a good approximation that such an electric motor is practically in Is operated idle. It is known that the no-load losses of an electric motor are essentially given by its copper and iron losses as well as by the mechanical losses caused by the Friction of the drive shaft arise. However, these idle power losses can be reduced to a certain extent, the Do not depress the design of the electric motor, d. H. they cannot conform accordingly the mechanical payload can be reduced. For this reason, for electric motors, which only have to drive a small mechanical payload, a relatively poor efficiency. This fact is perceived as annoying in particular when the electric motor is in, for example a control circuit is to be used in which the other switching elements themselves only have a small one Have power requirements and at which the power consumed by the electric motor already has a considerable amount Would require part of the total available service.
Durch die französische Patentschrift 754 305 ist bereits ein auf dem elektrostatischen Prinzip beruhender Motor bekanntgeworden. Der Rotor dieses Motors besteht dabei aus einer kreisförmigen Scheibe eines Piezokristall, der mit Hilfe wenigstens zweier sich diametral gegenüberliegender Kondensatorplatten zu Schwingungen in seiner Eigenfrequenz angeregt wird. Auf Grund der Eigenschwingungen des Piezokristalls entstehen an seiner Oberfläche elektrische Ladungen, so daß der Kristall unter dem Einfluß der elektrostatisehen Wechselfelder eine rotierende Bewegung ausführt. Zur Erzielung dieser Wirkung ist es deshalb erforderlich, daß zwischen den das elektrostatische Feld erzeugenden Kondensatorplatten und dem Piezokristall ein Luftspalt verbleibt, weshalb eine verhältnismäßig hohe elektrische Wechselspannung zur Schwingungsanregung erforderlich ist. Damit wird die Anordnung verhältnismäßig hochohmig und es wird zur Erzielung der erforderlichen Wechselspannung ein Transformator erforderlich, an dessen Sekundärwicklung die die Schwingungsanregung bewirkenden Kondensatorplatten angeschlossen sind. Gegebenenfalls wird der Sekundärkreis durch Parallelschalten eines Kondensators zu einem Parallelresonanzkreis ergänzt. Abgesehen davon, daß verhältnismäßig hohe elektrische Wechselspannungen in vielerlei Schaltungsanordnungen gerade vermieden werden sollen, treten wegen der Verwendung von Transformatoren bei der bekannten Anordnung auch zusätzliche Verluste auf. Die gleichen Überlegungen gelten auch für eine in der gleichen Patentschrift angegebenen Abwandlung dieser Ausführungsform, bei der der Rotor durch eine metallische Scheibe gebildet wird, deren Drehbewegung durch Wirbelströme zustande kommt.The French patent 754 305 already has one based on the electrostatic principle Engine became known. The rotor of this motor consists of a circular disc Piezo crystal, which is closed with the help of at least two diametrically opposite capacitor plates Vibrations is excited in its natural frequency. Due to the natural vibrations of the piezo crystal electrical charges arise on its surface, so that the crystal is under the influence of electrostatics Alternating fields performs a rotating movement. To achieve this effect, it is therefore necessary that between the capacitor plates generating the electrostatic field and the piezo crystal an air gap remains, which is why a relatively high electrical alternating voltage for Vibration excitation is required. So that the arrangement is relatively high resistance and it is To achieve the required AC voltage, a transformer is required on its secondary winding the capacitor plates causing the vibration excitation are connected. Possibly the secondary circuit is supplemented by connecting a capacitor in parallel to form a parallel resonance circuit. Apart from the fact that relatively high electrical AC voltages in many different circuit arrangements should just be avoided, additional losses occur because of the use of transformers in the known arrangement on. The same considerations also apply to a modification given in the same patent specification this embodiment, in which the rotor is formed by a metallic disc, whose Rotational movement comes about through eddy currents.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen. Unter anderein soll ein Weg zur Schaffung einer elektrischen Antriebsvorrichtung gezeigt werden, die trotz einer verhältnismäßig kleinen anzutreibenden Nutzlast einen hohen Wirkungsgrad hat, ohne daß hierfür besonders hohe elektrische Wechselspannungen erforderlich sind.The invention is based on the problem of the aforementioned difficulties in proportion easy way to encounter. Among other things, a way of creating an electric drive device is intended are shown, which despite a relatively small payload to be driven, a high Has efficiency without the need for particularly high alternating voltages.
Von einer elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere Antriebsvorrichtung für eine kleine mechanische Nutzlast, zur Umsetzung einer mechanischen Schwingungsbewegung des treibenden Organs in eine mechanische Drehbewegung des getriebenen Organs unter Verwendung elektromechanischer Wandlerelemenjte ausgehend, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als treibendes Organ ein mechanischer Biegeresonator verwendet ist, dessen mechanische Abmessungen und dessen der Schwingungsanregung dienenden Anregungselemente derart gewählt sind, daß im Biegeresonator zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen zumindest näherungsweise bei der gleichen Frequenz auftreten und daß die Schwingungsanregung der beiden aufeinander senkrecht stehenden Biegeeigenschwingungen mit einer um etwa 90 Grad unterschiedlichen Phasenlage erfolgt. :From an electrical drive device, in particular drive device for a small mechanical one Payload, for converting a mechanical oscillatory movement of the driving organ into a mechanical rotary movement of the driven organ using electromechanical transducer elements starting, this object is achieved according to the invention in that a driving organ mechanical bending resonator is used, its mechanical dimensions and the vibration excitation Serving excitation elements are chosen such that two on top of each other in the bending resonator perpendicular bending vibrations occur at least approximately at the same frequency and that the vibration excitation of the two mutually perpendicular natural bending vibrations takes place with a phase position different by about 90 degrees. :
Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, dem mechanischen Biegeresonator einen quadratischen oder einen kreisförmigen Querschnitt zu geben. Dabei kann der mechanische Biegeresonator aus einem elektrostriktiv inaktiven Material, wie beispielsweise Stahl, oder aus einem elektrostriktiv aktiven Material hoher mechanischer Güte,· wie beispielsweise einer Piezokeramik oder Quarz bestehen. ·In particular, it is advantageous to give the mechanical bending resonator a square or a to give circular cross-section. The mechanical bending resonator can consist of an electrostrictive inactive material, such as steel, or made of an electrostrictively active material of high mechanical strength Quality, such as a piezoceramic or quartz. ·
Zur Schwingüngsanregung werden zweckmäßig als Plättchen elektrostriktiven Materials ausgebildete Anregungselemente verwendet, die am Biegeresonator befestigt und auf den dem Biegeresonator abgewandten Oberflächen mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen sind.For the excitation of vibrations, electrostrictive material is expediently formed as platelets Excitation elements are used that are attached to the bending resonator and facing away from the bending resonator Surfaces are provided with an electrically conductive layer.
Für einen mechanisch stabilen Aufbau ist es zweckmäßig, den Biegeresonator in dem den Biegeeigenschwingungen entsprechenden Schwingungsknoten mittels eines Halteelemenfs zu haltern.For a mechanically stable structure, it is advisable to place the bending resonator in the natural bending vibrations to hold the corresponding vibration node by means of a holding element.
Ferner hat es: sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das als mechanischer Biegeresonator ausgebildete treibende Organ über eine Reibungskupplung mit dem die mechanische Drehbewegung ausführenden getriebenen Organ gekuppelt ist.Further, it has: proved to be advantageous if the bending resonator formed as a mechanical driving element via a friction coupling with the rotational movement of the mechanical executing driven member is coupled.
Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß ein mechanischer Resonator mit beispielsweise rundem oder quadratischem Querschnitt mit Hilfe von elektromechanischen Wandlersystemen zu zwei aufeinander senkrecht stehenden Biegeschwingungen angeregt werden kann. Wenn dabei die Amplituden der dem Wandlersystem zugeführten Antriebsspannungen vorzugsweise gleich groß sind, wenn die Frequenz der Antriebsspannungen den Eigenfrequenzen des Biegeresonators zumindest näherungsweise entspricht und wenn die dem Wandlersystem zugeführten Antriebsspannungen eine um genau oder zumindest näherungsweise 90° unterschiedliche Phasenlage haben, dann beschreiben die Enden eines derart angetriebenen Biegeresonators in der Art einer Lissajouschen Figur einen Kreis. Diese Bewegung läßt sich mit Hilfe einer geeigneten Anordnung, wie beispielsweise einer Reibungskupplung, in eine Drehbewegung des anzutreibenden Organs überführen. Wegen der hohen mechanischen Güte des mechanischen Biegeresonators bleiben die Leerlaufverluste außerordentlich gering, wodurch sichiwiederum ein großer Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung bei kleiner mechanischer Nutzlast ergibt. An Hand von Ausführungsbeispieleri.soll nachstehend die Erfindung noch näher erläutert werden. r ■ ■'The invention is based on the knowledge that a mechanical resonator with, for example, a round or square cross-section can be excited to two mutually perpendicular bending vibrations with the aid of electromechanical transducer systems. If the amplitudes of the drive voltages supplied to the converter system are preferably the same, if the frequency of the drive voltages corresponds at least approximately to the natural frequencies of the bending resonator and if the drive voltages supplied to the converter system have a phase position that is exactly or at least approximately 90 ° different, then the ends describe one thus driven bending resonator in the manner of a Lissajous figure a circle. This movement can be converted into a rotary movement of the organ to be driven with the aid of a suitable arrangement, such as, for example, a friction clutch. Because of the high mechanical quality of the mechanical bending resonator, the no-load losses remain extremely low, which in turn results in a high degree of efficiency of the drive device with a small mechanical payload. The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. r ■ ■ '
Die Fig. 1 zeigt einen mechanischen Biegeresonator 5, der beispielsweise quadratischen QuerschnittFig. 1 shows a mechanical bending resonator 5, the example of a square cross-section
ίο hat und der in seinem mittleren Bereich mit zwei elektromechanischen Wandlersystemen W1 und W2 versehen ist. Die Wandlersysteme W1 und W2 sind dabei an zwei zueinander senkrechten Oberflächen des Biegeresonators befestigt und bestehen jeweils aus einem dünnen Plättchen 6 bzw. 6' eines elektrostriktiven Materials. Als elektrostriktives Material eignet sich hierzu insbesondere eine Piezokeramik, wie beispielsweise eine Kalziüm-Bariurn-Titanat-Keramik. Die Plättchen 6 und 6' sind dabei auf den dem Resonator zugewandten Oberflächen mit einer metallischen Schicht versehen, die beispielsweise in bekannter Weise durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht sein kann. Wenn der Biegeresonatör 5 aus einem metallischen Material besteht, dann lassen sich dife Platt-, chen 6 und 6' am Biegeresonator 5 auflöten. Wenn der Biegeresonator 5 aus einem nichtmetallischen Material besteht, dann können' die Plättchen 6 und 6' beispielsweise durch Klebung am Biegeresonator 5 befestigt werden. Auf den dem Resonator abgewandten Oberflächen sind die aus elektrostriktivem Material bestehenden Plättchen 6 und 6' ebenfalls mit einer dünnen metallischen Schicht versehen, an die die zu den Anschlußklemmen 1' und 2' führenden Anschlußdrähte 7 bzw. 8 beispielsweise durch Lötung befestigt sind. Wenn der Resonator 5 aus einem metallischen Material besteht, dann können die zu den Anschlußklemmen 1 bzw. 2 führenden Anschlüßdrähte 9 bzw. 10 in der gezeichneten Weise direkt mit dem-Resonator 5 verbunden sein. Falls der Resonator 5 aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht, dann müssen die Anschlußdrähte 9 bzw: 10 mit den den Resonatoroberflächen zugewandten metallischen Schichten der Plättchen 6 bzw. 6' beispielsweise durch Lötung elektrisch leitend verbunden sein., Als Resonatormaterial ist ferner ein elektrostriktiv aktives Material hoher mechanischer Güte geeignet, wie beispielsweise Quarz oder eine Piezokeramik. Bei Verwendung derartiger Materialien können deren elektrostriktive Eigenschaften zugleich zur Anregung der Biegeschwingungen herangezogen werden.ίο and which is provided with two electromechanical converter systems W 1 and W 2 in its central area. The transducer systems W 1 and W 2 are attached to two mutually perpendicular surfaces of the bending resonator and each consist of a thin plate 6 or 6 'of an electrostrictive material. A piezoceramic, such as, for example, a calcium-barium-titanate ceramic, is particularly suitable as an electrostrictive material for this purpose. The platelets 6 and 6 'are provided with a metallic layer on the surfaces facing the resonator, which can be applied, for example, in a known manner by vapor deposition in a vacuum. If the bending resonator 5 consists of a metallic material, then different plates 6 and 6 'can be soldered onto the bending resonator 5. If the bending resonator 5 consists of a non-metallic material, then the plates 6 and 6 'can be attached to the bending resonator 5, for example by gluing. On the surfaces facing away from the resonator, the electrostrictive material plates 6 and 6 'are also provided with a thin metallic layer to which the connecting wires 7 and 8, respectively, leading to the connecting terminals 1' and 2 'are attached, for example by soldering. If the resonator 5 consists of a metallic material, then the connecting wires 9 and 10 leading to the connection terminals 1 and 2 can be connected directly to the resonator 5 in the manner shown. If the resonator 5 consists of an electrically non-conductive material, then the connecting wires 9 or: 10 must be electrically conductively connected to the metallic layers of the platelets 6 or 6 'facing the resonator surfaces, for example by soldering. An electrostrictively active resonator material is also used Material of high mechanical quality suitable, such as quartz or a piezoceramic. When using such materials, their electrostrictive properties can also be used to excite the flexural vibrations.
Die elektrische Wirkungsweise einer derartigen Anordnung läßt sich folgendermaßen erklären.The electrical operation of such an arrangement can be explained as follows.
Legt man an die Eingangsklemmen 1-1' eine elektrische Wechselspannung U1, dann wird das aus elektrostriktiverri Material bestehende Plättchen 6 im Rhythmus der elektrischen Wechselspannung gedehnt und verkürzt. Über den Querkontraktionseffekt ergibt sich dadurch auch eine Dehnungs- und Verkürzungsbewegung des Plättchens 6 in Richtung der Längsachse 12 des Resonators, wodurch der Resonator 5 immer dann zu Biegeschwingungen entsprechend der elastischen Linie E1 angeregt wird, wenn die Frequenz der anregenden Wechselspannung U1 mit einer der Biegeeigenfrequenzen des Resonators 5 zumindest näherungsweise übereinstimmt. Durch eine an den Klemmen 2-2' anliegende Wechselspannung U2, deren Frequenz mit der Frequenz der Wechselspannung U1 übereinstimmt, wird in genau If an electrical alternating voltage U 1 is applied to the input terminals 1-1 ' , then the plate 6, which consists of electrostrictive material, is stretched and shortened in the rhythm of the electrical alternating voltage. The transverse contraction effect also results in a stretching and shortening movement of the plate 6 in the direction of the longitudinal axis 12 of the resonator, whereby the resonator 5 is always excited to flexural vibrations corresponding to the elastic line E 1 when the frequency of the exciting alternating voltage U 1 with a the natural bending frequencies of the resonator 5 at least approximately match. An alternating voltage U 2 applied to terminals 2-2 ' , the frequency of which corresponds to the frequency of the alternating voltage U 1 , is exactly
der gleichen Weise der Resonator 5 zu einer Biegeschwingung entsprechend der elastischen Linie E2 angeregt, deren Ebene senkrecht auf der Ebene der elastischen Linie E1 steht. Sind dabei die Amplituden der Spannungen Ux und U2 gleich groß, dann führt der Resonator 5 zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen gleicher Frequenz aus, die am Ende des Resonators gleich große Amplituden A, und A2 haben. Voraussetzung zur Erzielung gleich großer Schwingungsamplituden ist, daß die Querschnittsabmessungen des Resonators so gewählt sind, daß die Schwingungsbewegungen in beiden zueinander senkrechten Richtungen etwa den gleichen Bedingungen unterworfen sind. Im einfächsten Fall läßt sich diese Voraussetzung durch einen quadratischen oder einen kreisförmigen Querschnitt erfüllen, der homogen über die gesamte Länge des Resonators verläuft. Bei Verwendung eines derartigen Querschnittes ist dann lediglich darauf zu achten, daß der sogenannte elektromechanische Kopplungsfaktor, der bekanntlich ein Maß für die Umwandlung der einem Wandlersystem zugeführten elektrischen Energie in mechanische Schwingungsenergie darstellt, für die beiden Wandlersysteme W1 und W2 gleich groß ist. Diese Bedingung läßt sich beispielsweise dadurch erfüllen, daß die Wandlersysteme W1 und W2 untereinander gleichartig ausgebildet und innerhalb gleicher Längenabschnitte am Resonator befestigt werden. Wenn zusätzlich die Anregungsspannungen U1 und U2 eine um 90° unterschiedliche Phasenlage haben, dann haben auch die in den Schwingungsebenen E1 bzw. E2 verlaufenden Biegeschwingungen eine um 90° unterschiedliche Phasenlage, wodurch wiederum die Enden des Resonators 5 sich auf einer Kreisbahn K bewegen, deren Mittelpunkt auf der Mittelachse 12 liegt und deren Radius die Größe A, bzw. A2 hat. Zweckmäßig werden hierzu die Wechselspannungen U1 und U2 aus einer einzigen Wechselspannungsquelle, beispielsweise einem mit Transistoren aufgebauten Oszillator abgeleitet und durch ein Phasenverschiebungsglied bekannter Art den Klemmen 1-1' bzw. 2-2' zugeführt. Um die Biegeeigenbewegungen des Resonators 5 nicht nachteilig zu beeinflussen, beispielsweise zu bedampfen, ist es zweckmäßig, die Anschlußdrähte 7 bis 10 verhältnismäßig dünn auszubilden, so daß diese Drähte gegenüber dem Resonator 5 ein nur geringes Gewicht haben. Aus den gleichen Gründen ist es ferner zweckmäßig, den Resonator 5 in einem den Biegeeigenschwingungen entsprechenden Schwingungsknoten zu haltern. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der metallische Haltedraht 13 vorgesehen, der im Schwingungsknoten der Biegeschwingungen am Resonator befestigt ist und der der Verankerung des Resonators in einem zur besseren Übersicht nicht näher dargestellten Gehäuse dient. ■in the same way the resonator 5 is excited to a flexural vibration corresponding to the elastic line E 2 , the plane of which is perpendicular to the plane of the elastic line E 1 . If the amplitudes of the voltages U x and U 2 are the same, then the resonator 5 executes two mutually perpendicular natural bending oscillations of the same frequency, which have amplitudes A and A 2 of the same size at the end of the resonator. A prerequisite for achieving vibration amplitudes of the same size is that the cross-sectional dimensions of the resonator are chosen so that the vibrational movements in both mutually perpendicular directions are subjected to approximately the same conditions. In the simplest case, this requirement can be met by a square or circular cross-section which runs homogeneously over the entire length of the resonator. When using such a cross-section, it is only necessary to ensure that the so-called electromechanical coupling factor, which is known to be a measure of the conversion of the electrical energy supplied to a converter system into mechanical vibration energy, is the same for the two converter systems W 1 and W 2. This condition can be met, for example, in that the transducer systems W 1 and W 2 are designed to be identical to one another and are attached to the resonator within the same length sections. If, in addition, the excitation voltages U 1 and U 2 have a 90 ° different phase position, the flexural vibrations in the oscillation planes E 1 and E 2 also have a 90 ° different phase position, which in turn causes the ends of the resonator 5 to be on a circular path Move K , the center of which lies on the central axis 12 and the radius of which has the size A or A 2 . For this purpose, the alternating voltages U 1 and U 2 are expediently derived from a single alternating voltage source, for example an oscillator constructed with transistors, and fed to terminals 1-1 'and 2-2' by a phase shift element of a known type. In order not to adversely affect the inherent bending movements of the resonator 5, for example to steam, it is expedient to make the connecting wires 7 to 10 relatively thin so that these wires are only light in weight compared to the resonator 5. For the same reasons, it is also expedient to hold the resonator 5 in a vibration node corresponding to the natural bending vibrations. For this purpose, the metallic holding wire 13 is provided in the exemplary embodiment in FIG. 1, which is attached to the resonator in the vibration node of the bending vibrations and which serves to anchor the resonator in a housing not shown in greater detail for the sake of clarity. ■
In der Fig. 2 ist eine Möglichkeit gezeigt, wie die von den Enden des Resonators 5 als treibendes Organ ausgeführte .Kreisbewegung in eine Drehbewegung des getriebenen Organs übergeführt werden kann. Der Resonator 5 ist dabei nur noch teilweise gezeichnet. Auf der bereits erwähnten Kreisbahn K ist hierzu ein Band 16 aus einem festen Material an einem RitzelFIG. 2 shows a possibility of how the circular movement executed by the ends of the resonator 5 as the driving organ can be converted into a rotary movement of the driven organ. The resonator 5 is only partially drawn. For this purpose, on the already mentioned circular path K, there is a band 16 made of a solid material on a pinion
ίο 17 befestigt, in das der am Resonatorende angebrachte Zapfen 15 an der Innenfläche des Bandes 16 entlanggleiten kann. Das Ritzel 17 ist mit einer Welle 19 verbunden, deren Mittelachse 12' mit der Mittelachse 12 des sich in Ruhe gedachten Resonators 5 fluchtet. Die Welle 19 ist in einem nur schematisch angedeuteten Lager 18 gelagert. Durch die Reibung zwischen dem iZapfen 15 und der Innenfläche des Bandes 16 wird das Ritzel 17 in eine Drehbewegung versetzt. Das Ritzel 17 kann als Antrieb eines in der F i g. 2 nicht näher gezeichneten Getriebes dienen, das die durch die Abmessungen des Biegeresonators ge^ gebene Drehzahl in der erforderlichen Weise übersetzt. ίο 17 attached, in which the attached at the end of the resonator Pin 15 can slide along the inner surface of the belt 16. The pinion 17 is with a shaft 19, the central axis 12 'of which is connected to the central axis 12 of the resonator 5, which is imagined to be at rest flees. The shaft 19 is supported in a bearing 18, which is only indicated schematically. Because of the friction between the iZapfen 15 and the inner surface of the belt 16, the pinion 17 is in a rotary motion offset. The pinion 17 can be used as a drive of one of the FIGS. 2 transmission, not shown in detail, that the speed given by the dimensions of the bending resonator is translated in the required manner.
Bekanntlich ist die Güte eines mechanischen Resonators verhältnismäßig groß, weswegen die Leerlaufverluste der beschriebenen Antriebsvorrichtung im Gegensatz zu einem Elektromotor klein gehalten werden können. Der Wirkungsgrad einer derartigen Vorrichtung wird nämlich praktisch nur noch durch die mechanischen Verluste des Resonators bestimmt, die bei kleiner Nutzlast ebenfalls entsprechend klein sind, insbesondere dann, wenn das Ritzel 17 nach einer kurzen Anlaufzeit etwa dieselbe Drehzahl wie der Biegeresonatpr erreicht hat.The quality of a mechanical resonator is well known relatively large, which is why the idling losses of the drive device described in Can be kept small in contrast to an electric motor. The efficiency of such The device is practically only determined by the mechanical losses of the resonator, which are also correspondingly small with a small payload, especially when the pinion 17 after a short start-up time has reached approximately the same speed as the bending resonance.
Die Umsetzung der mechanischen Schwingungsbewegung in eine Drehbewegung wurde an Hand einer Anordnung erläutert, die in der Art einer Reibungskupplung ausgebildet ist. In ähnlicher Weise eignen sich auch beliebige andere Arten von Kupplungen, wenn dabei nur darauf geachtet wird, daß der Schwingungsvorgang des mechanischen Biegeresonators nicht in unzulässiger Weise bedämpft wird.The conversion of the mechanical vibratory movement into a rotary movement was carried out on the basis of a Arrangement explained, which is designed in the manner of a friction clutch. Similarly suitable Any other types of couplings can also be used, if only care is taken that the oscillation process of the mechanical bending resonator is not attenuated in an impermissible manner.
Im Beispiel der Fig. 1 sind zur Anregung der Biegeschwingungen elektromechanische Wandlersysterne W1 und W2 vorgesehen, die den sog. Querkontraktionseffekt zur Anregung von Biegeschwingungen ausnutzen. Gleiche elektrische Verhältnisse ergeben sich auch dann, wenn zur Anregung der Biegeschwingungen elektrostriktive Wandlersysteme verwendet werden, bei denen der sogenannte direkte piezoelektrische Effekt zur Anregung der Biegeschwingungen herangezogen wird. Derartige Wandlersysteme sind bereits in älteren Anmeldungen vorgeschlagen worden. In the example of FIG. 1, electromechanical transducer systems W 1 and W 2 are provided to excite the flexural vibrations, which converters utilize the so-called transverse contraction effect to excite flexural vibrations. The same electrical conditions also result when electrostrictive transducer systems are used to excite the flexural vibrations, in which the so-called direct piezoelectric effect is used to excite the flexural vibrations. Such converter systems have already been proposed in earlier applications.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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