DE1541656A1

DE1541656A1 - Electromechanical bending transducer

Info

Publication number: DE1541656A1
Application number: DE19661541656
Authority: DE
Inventors: Schuessler Dipl-Ing Hans
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-08-26
Filing date: 1966-08-26
Publication date: 1969-07-24

Description

"Elektromechanischer Biegewandler" Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Biegewandler mit zwei oder mehr in Richtung der Längsachse des WandIers hintereinanderliegenden, durch jeweils ein Zwischenteil aus elektrostriktivem und/oder magnetostriktivem und/oder piezoelektrischem Material miteinander verbundenen Bereichen aus Metall."Electromechanical bending transducer" The invention relates to an electromechanical one Bending transducers with two or more in the direction of the longitudinal axis of the converter one behind the other, by an intermediate part made of electrostrictive and / or magnetostrictive and / or piezoelectric material interconnected areas made of metal.

Durch die deutsche Patentschrift 1 203 321 ist ein elektromechanischer Wandler dieser Art bekannt, bei dem wenigstens je ein Plättchen mit zumindest näherungsweise senkrecht zur Längsachse des Biegeschwingers orientierter Plättchenebene und vorzugsweise innerhalb des durch zwei benachbarte Schwingungsknoten begrenzten Bereiches zu beiden Seiten der neutralen Faser des Biegeschwingers angeordnet ist$ und bei dem diese vorzugsweise in einer Zuerschnittsebene des Biegeschwingers liegenden Plättchen in einer zur Plättchenebene senkrechten Richtung entgegengesetzt polarisiert sind, Dieser bekannte Wandler weist jedoah den Nachteil auf, daß die beiden Plättchen an jeder Anregungsstelle sowohl hinsichtlich ihrer Abmessung als auch bezüglich ihrer elektromechanischen Eigenschaften sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen.An electromechanical transducer of this type is known from German patent specification 1 203 321 , in which at least one plate each with a plate plane oriented at least approximately perpendicular to the longitudinal axis of the flexural oscillator and preferably within the area delimited by two adjacent vibration nodes on both sides of the neutral fiber of the flexural oscillator is $ and in which these platelets, preferably lying in a cutting plane of the flexural oscillator, are polarized in opposite directions in a direction perpendicular to the plane of the platelets must be very precisely coordinated.

Ist diese Voraussetzung nicht erfÜllt, sind beispielsweise die Plättehen unterschiedlich dick, dann werden unerwünschte Nebenwellen erregt.If this prerequisite is not fulfilled, for example the plates are of different thickness, then undesired secondary waves are excited.

Ein weiterer Nachteil des bekannten 'iVandlers ist darin zu sehen, daß durch die Anbringung der Anregungsplättchen in den Schwingungsbäuchen des Wandlers die Verbindungsstellen der einzelnen Wandlerabschnitte besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, was eine entsprechend sorg-p fältige und damit teure Fertigung erforderlich macht. Die Erfindung vermeidet diese Nachteile des bekannten elektromechanischen Biegewandlers und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebenen der zu Dickenscherschwingungen anregbaren Zwischeriteile in die unmittelbare Umgebung Knotenebenen des Wandlers gelegt sind.Another disadvantage of the well-known 'iVandler is to be seen in that by attaching the excitation platelets in the antinodes of the transducer the connection points of the individual transducer sections are particularly high mechanical Are exposed to stress, which is a correspondingly careful and therefore expensive Makes manufacturing necessary. The invention avoids these disadvantages of the well-known electromechanical bending transducer and is characterized by that the central planes of the intermediate parts that can be excited to thickness shear vibrations are in the immediate vicinity of the node planes of the transducer are placed.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert: Fig. 1 und 3 bis 6 zeigen verschiedene AusfÜhrungs- und Schwingungsformen erfindungsgemäßer elektromechanischer Biegewandler.The invention is explained in more detail below with reference to a drawing: FIGS. 1 and 3 to 6 show various embodiments and modes of vibration of electromechanical bending transducers according to the invention.

Fig. 2 zeigt zu Dickenscherschwingungen anregbaren Zwischenteile.FIG. 2 shows intermediate parts that can be excited to give thickness shear vibrations.

Der in Fig. 1 dargestellte elektromechanische Biegewandler besteht aus zwei als Metallstäbe ausgebildeten Bereichen 1 und 2 rechteckigen Querschnitts, zwischen denen sich ein zu Dickenscherschwingungen anregbares dünnes Z,!ischenteil 3 befindet. Dieses Zwischenteil 3, das in Figur 2a und b noch einmal vergrößert dargestellt ist, besteht beispielsweise (Fig. 2a) aus piezoelektrischer Keramik. Das piezoelektrisehe Zwischenteil 3 ist an seinen den Bereichen 1 und 2 zu- gewandten Flächen mit Elektroden 4 versehen und weist eine des in Richtung7in- Fig. 2a eingezeichneten Pfeil verlaufende Polarisation P parallel zu einer seiner Schmalseiten auf. Die in Fig. 2a gezeigte Richtung der Pölarisation P führt bei Anlegen einer Wechselapannung an die Elektroden 4 zu Dickenscherschwingungen des Zwischenteils 3 und damit zu der in Fig. 3 dargestellten Biegeschwingungsform des Wandlers.The electromechanical bending transducer shown in FIG. 1 consists of two areas 1 and 2 of rectangular cross-section designed as metal rods, between which there is a thin Z-shaped part 3 that can be excited to give thickness shear vibrations. This intermediate part 3, which is shown enlarged once again in FIGS. 2a and b , consists for example (FIG. 2a) of piezoelectric ceramic. The piezoelectric intermediate part 3 is at its areas 1 and 2 to- facing surfaces provided with electrodes 4 and has a of arrow extending in the direction 7 in FIG. 2a Polarization P parallel to one of its narrow sides. The direction of polarization P shown in FIG. 2a leads, when an alternating voltage is applied to the electrodes 4, to thickness-shear vibrations of the intermediate part 3 and thus to the bending waveform of the transducer shown in FIG. 3.

Eine weitere Möglichkeit für die Ausbildung des Zwischenteils 3 ist in Fig. 2b dargestellt. Das Zwischenteil 3 besteht hier aus einem Körper aus mag-netostriktivem Material, das von einer fest aufgebrachten, beispielsweise aufgeglasten Erregerwicklung 9 umgeben ist und das durch einen Permanentmagneten in Richtung der Längsachse des Biegqwandlers vormagnetisiert ist. Als Permanentmagnet dient hierbei mindestens einer der Bereiche 1, 2 des Biegewandlers.Another possibility for the formation of the intermediate part 3 is shown in Fig. 2b . The intermediate part 3 here consists of a body made of magnetostrictive material, which is surrounded by a permanently attached, for example glazed, excitation winding 9 and which is premagnetized by a permanent magnet in the direction of the longitudinal axis of the bending transducer. At least one of the areas 1, 2 of the bending transducer serves as a permanent magnet.

In Fig. 3 liegt eine Anregung des Wandlers zu Biegeschwingungen der ersten Oberwelle vore Die gleiche Schwingungsform weist der Wandler gemäß Fig, auf, wobei die elektromechanische Kopplung dadurch verstärkt ist, daß die als Anregungsplättehen ausgebildeten Zwischenteile 3 in allen Schwingungeknoten des Wandlers vorgesehen sind, Fig. 5 zeigt ein AuofÜhrungsbeispiel eines Wandlers gemäß der Erfindung, der in der Grundwelle erregt wird; auch bei diesem Wandler sind ähnlich wie in Fig. 4 alle Knotenebenen ait Dickenscherschwingern der in Fig. 2 dargestellten Form besetzt.In Fig. 3, an excitation is of the transducer to bending oscillations of the first harmonic Vore The same waveform, the transducer of FIG on, the electromechanical coupling is enhanced by the fact that the designed as Anregungsplättehen intermediate parts are provided in all Schwingungeknoten of the converter 3, Fig Fig. 5 shows an embodiment of a transducer according to the invention which is excited in the fundamental wave; In this converter too, similar to FIG. 4, all node planes are occupied by thickness shear oscillators of the form shown in FIG.

Fig. 6 zeigt, daß neben der Anregung von eindimensionalen Biegewandlern auch die Anregung von kreisplattenfÖrmigen Biegewandlern, möglich ist. Ein solcher kreisförmiger Biegewandler mit einem Schwingungsknatenkreis muß da= aus einer Metallscheibe 5 mit einem Durchmesser, der etwas unter dem Knotenkreisdurchmesser liegt, einem darüberpassenden Zwischenring 6 aus piezoelektrischem, elektrostriktivem oder magnetostriktivem Material Seringur Dicke mit einerlblarisation in Richtung der Schwingernormalen und aus in der Fig. 6 nicht dargestellten Elektroden am inneren und äußeren Umfang des Zwischenrings sowie einem weiteren Metallring 7, dessen Innendurchmesser mit dem Außendurchmesser des Zwischenringes Übereinstimmt, besteht-.Fig. 6 shows that in addition to the excitation of one-dimensional bending transducers, the excitation of circular plate-shaped bending transducers is also possible. Such a circular bending transducer with an oscillation kink circle must consist of a metal disk 5 with a diameter that is slightly less than the diameter of the nodal circle, an intermediate ring 6 made of piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive material and fitted over it, seringur thickness with a polarization in the direction of the transducer normal and from in the Fig. 6 electrodes, not shown, on the inner and outer circumference of the intermediate ring and a further metal ring 7, the inner diameter of which coincides with the outer diameter of the intermediate ring.

Claims

P atentans p r ü c h o 1, Electromechanical bending transducer with two or more metal areas connected to one another in the direction of the longitudinal axis of the transducer, each connected to one another by an intermediate part made of electrostrictive and / or magnetostrictive and / or piezoelectric material, characterized in that, that on the Iängsachse of the transducer perpendicular center planes of the stimulable to thickness shear vibration intermediate parts (3) in the immediate vicinity of the nodal planes of the transducer are laid * 2. Electromechanical bending transducer according to claim 1, characterized in that the flat agent for the parallel outer surfaces of the for thickness shear vibrations on egable intermediate parts (3) made of piezoelectric and / or electrostrictive material are covered with electrodes (4) which are provided with connecting wires (8) for supplying the excitation voltage. 3, electromechanical bending transducer according to claim 1, characterized in that the intermediate points (3) made of magnetostrictive material, which can be excited to form thickness shear vibrations, are surrounded by a permanently applied excitation force (9) and are premagnetized by permanent magnets in the direction of the longitudinal axis of the bending transducer, at least one of the areas 1, 2 of the bending transducer is used as a permanent magnet. 4. Electromechanical bending transducer according to one of claims 1 to 3, characterized in that, in the case of a circular disk-shaped design of the converter, annular thickness shear transducers (6) are used in the annular nodal planes.