DE19522072C1

DE19522072C1 - Piezoelectric motor

Info

Publication number: DE19522072C1
Application number: DE19522072A
Authority: DE
Inventors: Wladimir Dr Wischnewskiy
Original assignee: PI Ceramic GmbH Keramische Technologien und Bauelemente
Current assignee: PI Ceramic GmbH Keramische Technologien und Bauelemente
Priority date: 1995-06-17
Filing date: 1995-06-17
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2015-06-18

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Motor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs wie er aus der DE 42 44 704 bekannt ist. Sie ist besonders als elektrischer Miniaturmotor für stetige oder schrittweise Drehbewegungen verwendbar. Der erfindungsgemäße Motor kann in Automatisierungssystemen, in der Robotertechnik, in Werkzeugmaschinen zur genauen Bewegung der Schneidwerkzeuge, in Kraftfahrzeugen als Fensterheber- und Scheibenwischermotor und als Antrieb für die Sitzeinstellung verwendet werden. Er kann auch in trägheitsfreien Antrieben von Fernsehantennen und anderen Vorrichtungen, in denen große Drehmomente bei relativ kleinen Drehgeschwindigkeiten erforderlich sind, angewendet werden.The invention relates to a piezoelectric motor according to the preamble of the claim as it is known from DE 42 44 704. It is particularly suitable as an electric miniature motor for continuous or incremental rotary movements can be used. Of the Motor according to the invention can be used in automation systems in the Robot technology, in machine tools for precise movement of the Cutting tools, in motor vehicles as window lifters and Wiper motor and used as a drive for the seat adjustment will. It can also be used in inertia-free drives for television antennas and other devices in which large torques at relative small rotational speeds are required to be applied.

Bekannt sind piezoelektrische Motoren, in denen die Umwandlung der elektrischen Energie in die Drehbewegung eines Rotors mit Hilfe piezoelektrischer Oszillatoren erfolgt, die in sich zwei Resonatoren für zwei unterschiedliche Typen von Stehwellen vereinigen, siehe u. a. US-PS 4.019.073. Bei diesen Motoren bereitet es Schwierigkeiten, die Resonanzfrequenzen der zwei unterschiedlichen Stehwellentypen sowohl über einen großen Temperaturbereich als auch bei Einwirkung von mechanischen Kräften in Übereinstimmung zu bringen.Piezoelectric motors are known in which the conversion of the electrical energy in the rotary motion of a rotor with the help Piezoelectric oscillators, which are two resonators for themselves combine two different types of standing waves, see u. a. U.S. Patent 4,019,073. It is difficult with these engines that Resonance frequencies of the two different standing wave types both over a wide temperature range and when exposed of mechanical forces.

Dieser Nachteil ist piezoelektrischen Motoren nicht zueigen, die auf dem Prinzip der Erzeugung von akustischen Wanderwellen mit Hilfe zweier gleichartiger Stehwellen beruhen, siehe z. B. Axel Fröschle Analyse eines Piezo-Wanderwellenmotors, Dissertation, Stuttgart, 1992, S. 48ff. Nachteilig ist bei diesen Motoren, daß in ihnen akustische Wellen verwendet werden und daß deshalb das die Wanderwelle erzeugende Piezoelement als dünner Ring ausgeführt ist, der auf dem metallischen Wellenleiter mit Hilfe eines elastischen organischen Klebers befestigt ist. Die Verwendung elastischer Wellen und das im Verhältnis zum Gesamtvolumen des Wellenleiters kleine Volumen des Piezoelementes bedingen einen niedrigen Wirkungsgrad der elektromechanischen Energieumwandlung. Damit erhöht sich wesentlich die Erregerspannung für den Motor. Die Verbindung des Piezoelementes mit dem metallischen Wellenleiter mittels organischer Kleber begrenzt die maximale vom Motor abgebbare mechanische Leistung, verringert seinen Wirkungsgrad und senkt die Funktionssicherheit. Das Piezoelement eines Motors für solche Wellen weist eine unterschiedlich ausgerichtete Polarisation auf, wodurch die Herstellung erschwert und der Motor verteuert wird. Das hat zur Folge, daß die piezoelektrischen Motoren mit Wanderwellen nicht mit den preiswerten elektromagnetischen Motoren konkurrieren können.This disadvantage is not inherent to piezoelectric motors on the Principle of generating acoustic traveling waves with the help of two similar standing waves are based, see e.g. B. Axel Froesch analysis of a piezo traveling wave motor, dissertation, Stuttgart, 1992, pp. 48ff. The disadvantage of these motors is that they contain acoustic waves are used and that therefore the one that generates the traveling wave Piezo element is designed as a thin ring on the metallic Waveguide is attached using an elastic organic glue. The use of elastic waves in relation to Total volume of the waveguide Small volume of the piezo element require a low efficiency of the electromechanical Energy conversion. This significantly increases the excitation voltage for the engine. The connection of the piezo element with the metallic waveguide by means of organic glue limits the maximum mechanical power output by the engine, reduced its efficiency and lowers functional reliability. The Piezo element of a motor for such shafts has one different aligned polarization, making production difficult and the engine becomes more expensive. As a result, the piezoelectric Motors with traveling waves not with the inexpensive ones electromagnetic motors can compete.

Aus der DE 42 44 704 A1 ist ein Wanderwellenmotor mit zylindrischem Schwingstator bekannt, an den transversal zur Achse der induzierten Drehbewegung gerichtete piezoelektrische Dehnkörper andrücken. Bei ihrer Erregung prägen diese Dehnkörper dem vorzugsweise aus Metall bestehenden Stator eine transversal gerichtete Wanderwelle auf, die einen mit dem Stator in Berührung stehenden Rotor in Gang setzt. Die Nachteile dieses Wanderwellenmotors sind, insbesondere bei kleinen Durchinessern des Schwingstators, seine geringe Effektivität bzw. die relativ hohen anzulegenden Spannungen, die zur Zerstörung des Motors führen können, sein hoher Fertigungsaufwand, der sich aus dem Vorhandensein von Schwingstator und Dehnkörpern ergibt.DE 42 44 704 A1 describes a traveling wave motor with a cylindrical one Vibration stator is known to be transverse to the axis of the induced Press on the directional piezoelectric expansion body. At their excitement characterize this expansion body, which is preferably made of metal existing stator on a transversely directed traveling wave that starts a rotor in contact with the stator. The Disadvantages of this traveling wave motor are, especially with small ones Perfection of the vibration stator, its low effectiveness or the relatively high voltages to be applied, leading to the destruction of the motor can lead to its high manufacturing costs resulting from the Presence of vibration stator and expansion bodies results.

Die DE 31 34 488 A1 beinhaltet einen Schrittmotor, der entlang der Peripherie einer innenverzahnten Hülse eine Vielzahl von plättchenförmigen Piezoelementen zur Erregung einer transversal zur Drehachse gerichteten Wanderwellenbewegung besitzt. Abgesehen davon, daß es sich hierbei um eine Zahnradübertragung und nicht um eine Friktionsübertragung handelt, wird auch in diesem Fall ein besonderes Mittel (innenverzahnte Hülse) zusätzlich zur Bewegungsübertragung verwendet, wodurch der Fertigungsaufwand erhöht wird.DE 31 34 488 A1 includes a stepper motor that runs along the Periphery of an internally toothed sleeve a variety of platelet-shaped piezo elements for excitation of a transverse to Axis-oriented traveling wave movement possesses. Except from the fact that this is a gear transmission and not a friction transfer is involved, also in this case special agent (internally toothed sleeve) in addition to Motion transmission used, which reduces manufacturing costs is increased.

Zwei miteinander korrelierende, getrennte piezoelektrische Erreger zur Erzeugung einer kombinierten Schub-Dreh-Bewegung hat der in der DE 39 04 070 A1 offenbarte Ultraschallmotor. Zwar wird hier eine longitudinale Schwingung zur Drehachse in Form einer stehenden Welle erzeugt; nachteilig sind jedoch der große Aufwand zur Lagerung der beiden piezoelektrischen Erreger und das geringe Größenverhältnis des zur Erregung benutzten Volumens zum Gesamtvolumen des Ultraschallmotors. Two correlated, separate piezoelectric exciters for The generation of a combined push-turn movement has in the Ultrasonic motor disclosed in DE 39 04 070 A1. There will be one here longitudinal vibration to the axis of rotation in the form of a standing wave generated; disadvantageous, however, are the great effort involved in storing the two piezoelectric exciters and the small size ratio of the volume used for excitation to the total volume of the Ultrasonic motor.

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines piezoelektrischen Motors, mit einen hocheffektiven Oszillator, der bei niedriger Erregerspannung eine maximale mechanische Leistung, eine hohe Funktionssicherheit und einen geringen Preis ermöglicht.The aim of the invention is to develop a piezoelectric motor, with a highly effective oscillator that operates at low excitation voltage maximum mechanical performance, high functional reliability and enables a low price.

Es soll ein piezoelektrischer Motor geschaffen werden, bei dem auf Grund der Erzeugung von akustischen Longitudinalwellen gleicher Amplitude in einem monolithischen piezoelektrischen Oszillator eine Wanderwelle zum Entstehen gebracht wird, die sich in einem Kreis auf einer Friktionsfläche des Oszillators bewegt und dabei ständig und elastisch Kontakt mit einem Rotor hält und auf Grund der sich auf einer geschlossenen Bahn bewegenden Punkte der Oszillatoroberfläche ein Drehmoment an den Rotor weitergibt.A piezoelectric motor is to be created, based on Due to the generation of acoustic longitudinal waves the same Amplitude in a monolithic piezoelectric oscillator Traveling wave is created, which is in a circle a friction surface of the oscillator moves and constantly and resiliently maintains contact with a rotor and due to the fact that it rests on a closed path moving points of the oscillator surface Passes torque to the rotor.

Die gestellte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Da das maximal mögliche Volumen des Oszillators des erfindungsgemäßen Motors aus einem piezoelektrischen Material, vorzugsweise Keramik, gefertigt ist und für die Erzeugung von akustischen Wellen verwendet wird, verfügt der Motor über den maximal möglichen effektiven elektromechanischen Koeffizienten. Dies senkt wesentlich die Anregungsspannung. Außerdem erfolgt in der vorgeschlagenen Konstruktion kein Verkleben des Piezoelementes mit dem Wellenleiter mittels eines Klebers, der vorzugsweise aus organischen Komponenten besteht. Dies ermöglicht maximale mechanische Spannungen im Oszillator des Motors, die nur durch die Festigkeit der Keramik beschränkt werden und damit maximale mechanische Leistungen. Das Piezoelement des erfindungsgemäßen Motors ist in einer Richtung gleichgerichtet polarisiert, was seine Herstellung gegenüber vergleichbaren elektromagnetischen Motoren vereinfacht und kostengünstiger gestaltet.The task is characterized by the characteristic features of the first claim solved. Since the maximum possible volume of the Oscillator of the motor according to the invention from a piezoelectric Material, preferably ceramic, is made and for the production of acoustic waves is used, the motor has the maximum possible effective electromechanical coefficients. This lowers essentially the excitation voltage. It also takes place in the proposed construction no sticking of the piezo element with the waveguide by means of an adhesive, which is preferably made of organic components. This enables maximum mechanical tension in the oscillator of the motor, which is only caused by the The strength of the ceramic can be limited and therefore maximum mechanical performances. The piezo element of the invention Motors is polarized in one direction, whatever its Manufactured compared to comparable electromagnetic motors simplified and less expensive.

Die vorliegende Erfindung kann in unterschiedlichen Varianten realisiert werden. So kann z. B. der geschlossene Wellenleiter vorteilhaft als zylindrischer, aus Piezokeramik gefertigter Körper ausgeführt sein, wobei die Stehwellengeneratoren als Abschnitte paralleler Elektroden auf der Innen- und Außenfläche des Zylinders ausgebildet sind. In dieser Ausführungsvariante stellt das gesamte Oszillatorvolumen das piezoelektrisch aktive Medium dar, und ein solcher Motor besitzt einen maximal möglichen elektromechanischen Koeffizienten. In diesem Fall ist die elektrische Erregerspannung für den Motor minimal. Auch können drei auf einer Oberfläche des Wellenleiters nebeneinander befindliche Elektroden mit einer auf der entgegengesetzten Oberfläche entsprechend liegenden Elektrode einen Grund- und zwei Zusatzgeneratoren bilden. In diesem Fall genügt die Anordnung eines Grund- und Zusatzgeneratoren umfassenden Generators, dessen periphere Länge gleich der Länge oder einem ganzzahligen Vielfachen der Länge der Longitudinalwellen ist. Da in der Konstruktion des Oszillators keine Klebeverbindung mit organischen Kleber vorgesehen ist, können im Oszillator maximal zulässige mechanische Spannungen erzeugt werden, die nur durch die Materialfestigkeit des Wellenleiters begrenzt sind. Das ergibt maximale Schwingungsbewegungen der Punkte der Funktionsfläche des Oszillators, was wiederum eine maximale mechanische Leistung an der Motorwelle bewirkt. Das Fehlen von Klebestellen mit organischem Kleber verringert die mechanischen Verluste im Oszillator des Motors und erhöht dadurch den Wirkungsgrad. Außerdem wird dadurch die Funktionssicherheit des Motors erhöht, da eine Zerstörung von Klebstellen bei einem hohen Anregungspegel ausgeschlossen ist.The present invention can be implemented in different variants will. So z. B. the closed waveguide advantageous as cylindrical body made of piezoceramic, wherein the standing wave generators as sections of parallel electrodes on the Inner and outer surface of the cylinder are formed. In this Design variant represents the entire oscillator volume piezoelectrically active medium, and such a motor has one maximum possible electromechanical coefficients. In this case the electrical excitation voltage for the motor is minimal. Can too three on one surface of the waveguide Electrodes with one on the opposite surface accordingly lying electrode form a basic and two additional generators. In in this case, the arrangement of a basic and additional generators is sufficient comprehensive generator, the peripheral length of which is equal to the length or is an integer multiple of the length of the longitudinal waves. There in the construction of the oscillator with no adhesive connection organic glue is provided can be maximum in the oscillator allowable mechanical stresses are generated that only by the Material strength of the waveguide are limited. That gives maximum Oscillatory movements of the points of the functional surface of the oscillator, which in turn gives maximum mechanical power to the motor shaft causes. The absence of glue spots with organic glue diminished the mechanical losses in the oscillator of the motor and thereby increases the efficiency. In addition, the functional reliability of the Motors increased because destruction of glue points at a high Excitation level is excluded.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsvariante hat der geschlossene Wellenleiter die Form eines passiven zylinderförmigen Körpers aus Metall oder Keramik, und die Stehwellengeneratoren bestehen aus Paketen von piezoelektrischen Wandlern. Dabei kann der Oszillator für den Motor beliebige Abmessungen aufweisen. Die Abmessungen werden nicht durch die technologischen Herstellungsmöglichkeiten der piezoelektrischen Zylinder beschränkt. Das ermöglicht den Bau von piezoelektrischen Leistungsmotoren mit einigen Kilowatt Leistung.In another advantageous embodiment variant, the closed one Waveguide in the form of a passive cylindrical body Metal or ceramic, and the standing wave generators are made of Packages of piezoelectric transducers. The oscillator can be used for the motor have any dimensions. The dimensions are not through the technological manufacturing possibilities of confined to piezoelectric cylinders. This enables the construction of piezoelectric power motors with a few kilowatts of power.

Erfindungsgemäß kann die Funktionsfläche des Oszillators vorteilhaft mit einer dünnen verschleißfesten Friktionsschicht versehen sein, die in Kontakt mit dem Rotor tritt. In dieser Ausführungsvariante können mittels der Friktionsschicht die Friktionskennwerte für die Funktionsfläche des Oszillators vorgeben werden, was eine Erhöhung des Drehmomentes des Motors bewirkt. According to the invention, the functional surface of the oscillator can advantageously be used be provided with a thin wear-resistant friction layer, which in Contact with the rotor occurs. In this variant, you can the friction characteristics for the Functional area of the oscillator are specified, which is an increase in Torque of the motor causes.

In einer der Ausführungsvarianten der Erfindung kann die Friktionsschicht vollständig aus einem eine chemische Verbindung mit der piezoelektrischen Keramik bildenden Material, z. B. Glas, Metall oder ein anderer Werkstoffe gefertigt werden. Ein Motor, bei dem die Friktionsschicht eine chemische Verbindung mit dem Oszillator bildet, funktioniert an der Verbindungsstelle zerstörungsfrei bis zu der im Oszillator maximal zulässigen mechanischen Spannung. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Friktionsschicht aus einer Grund- und einer Zwischenschicht. Die Grundschicht bestimmt die Friktionseigenschaften und die Zwischenschicht bildet eine chemische Verbindung mit dem Piezomaterial. Eine solche Ausführungsvariante ermöglicht eine bedeutende Erweiterung der Anzahl der einsetzbaren Friktionswerkstoffe. In der folgenden Ausführungsvariante kann die Friktionsschicht aus einer Materialmischung bestehen, deren Grundlage ein Material bildet, das eine chemische Verbindung mit der Piezokeramik eingeht, und als Füllstoff ein Material verwendet, das den Reibungskoeffizienten der Friktionsschicht erhöht. In dieser Ausführungsvariante kann der notwendige Wellenwiderstand der Friktionsschicht durch Ändern des Verhältnisses der eingesetzten Werkstoffe ausgewählt werden. In einer anderen Ausführungsvariante kann die Friktionsschicht aus einem porösen Material mit hohen Reibungskoeffizienten und hoher mechanischer Festigkeit gefertigt werden, wobei die Poren dieses Werkstoffes mit einen Material aufgefüllt werden können, das eine chemische Verbindung mit der Piezokeramik bildet. Auf diese Weise lassen sich besonders feste, eine lange Funktionsdauer des Motors im Schrittbetrieb gewährleistende Friktionsschichten herstellen.In one of the embodiment variants of the invention, the friction layer completely from a chemical compound with the piezoelectric ceramic forming material, e.g. B. glass, metal or a other materials are manufactured. An engine where the Friction layer forms a chemical connection with the oscillator, works non-destructively at the connection point up to the im Oscillator maximum allowable mechanical tension. At a Another advantageous embodiment consists of the friction layer a base and an intermediate layer. The base layer determines the Friction properties and the intermediate layer forms a chemical Connection with the piezo material. Such a variant enables a significant increase in the number of usable Friction materials. In the following variant, the Friction layer consist of a material mixture, the basis of which a material that forms a chemical connection with the piezoceramic received, and used as a filler a material that the Coefficient of friction of the friction layer increased. In this The necessary wave resistance of the Friction layer by changing the ratio of the used Materials can be selected. In another design variant the friction layer can be made of a porous material with high Coefficient of friction and high mechanical strength are, the pores of this material filled with a material that can be a chemical compound with the piezoceramic forms. In this way, particularly firm, long ones Guaranteed functional life of the motor in step mode Create friction layers.

Zur elektrischen Verschaltung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors können vorteilhaft Leistungsverstärker verwendet werden, die über eine Phasenschieberkette mit der Erregerquelle des Grundgenerators verbunden sind, die Erregerquellen der Zusatzgeneratoren darstellen. In dieser Variante ist eine gute Abstimmung aller Generatoren sowohl in einem großen Temperatur als auch einem mechanischen Belastungsbereich möglich, was die Betriebsstabilität des erfindungsgemäßen Motors verbessert. Außerdem ist vorteilhaft eine Ausführungsvariante möglich, in dem die Erregerquellen der Zusatzgeneratoren mit Vorrichtungen zur Umpolung des Phasenwinkels des Signals ausgestattet sind. Dies ermöglicht die Umkehrung der Drehrichtung des Rotors. Erfindungsgemäß kann auch die Erregerquelle des Grundgenerators durch einen frequenzgesteuerten Spannungs generator mit einem Steuereingang für die Frequenz gebildet werden. Eine solche Variante ermöglicht eine gleichmäßige Regelung der Rotordrehfrequenz durch Ändern der Frequenz der Erregerquelle des Grundgenerators.For the electrical connection of the piezoelectric according to the invention Motors can be used advantageously to power amplifiers that via a phase shifter chain with the excitation source of the basic generator are connected, which represent the excitation sources of the additional generators. In this variant is a good match of all generators both in a large temperature as well as a mechanical one Load range possible, which the operational stability of the engine according to the invention improved. In addition, one is advantageous Design variant possible in which the pathogen sources of Additional generators with devices for polarity reversal of the phase angle of the signal. This enables the reversal of the Direction of rotation of the rotor. According to the invention, the excitation source can also be used of the basic generator through a frequency-controlled voltage generator with a control input for the frequency. A such a variant enables a uniform regulation of the Rotor rotation frequency by changing the frequency of the excitation source of the Basic generator.

In einer weiteren Varianten kann der piezoelektrische Motor so ausgeführt sein, daß der Grundgenerator für Stehwellen und seine Erregerquelle eine positive Rückkopplung aufweisen und sie zusammen einen elektromechanischen Autogenerator bilden. Dabei befindet sich die Frequenz der Stehwellengeneratoren immer im Bereich der Oszillatorresonanzfrequenz, wodurch die Stabilität der Drehfrequenz des Rotors erhöht wird.In a further variant, the piezoelectric motor can do so be carried out that the basic generator for standing waves and its Excitation source have positive feedback and put them together form an electromechanical auto generator. Here is the Frequency of the standing wave generators always in the range of Oscillator resonance frequency, which improves the stability of the rotational frequency of the Rotor is increased.

In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Motors kann der positive Rückkopplungszweig mit einem Impedanzelement verbunden sein, das wiederum in Reihe mit dem Grundgenerator für Stehwellen geschaltet ist. Auch ist es möglich, den positiven Rückkopplungszweig mit einem Stromwandler zu verbinden, der in Reihe mit dem Grundgenerator für Stehwellen geschaltet ist.In one embodiment variant of the motor according to the invention, the positive feedback branch connected to an impedance element be in turn with the basic generator for standing waves is switched. It is also possible to use the positive feedback branch to connect with a current transformer connected in series with the Basic generator for standing waves is switched.

Schließlich kann der positive Rückkopplungszweig mit der Rückkopp lungselektrode verbunden sein, die, bedingt durch die vom Hauptgenerator erzeugten Stehwellen, am Ort des Auftretens der maximalen mechanischen Spannungen angeordnet ist.Finally, the positive feedback path with the feedback be connected electrode, which, due to that of Main generator generated standing waves, at the place of occurrence of the maximum mechanical stresses is arranged.

Die letztgenannten drei Varianten gewährleisten eine sichere Erregung des elektromechanischen Generators bei der Oszillatorresonanzfrequenz. Eine weitere vorteilhafte Gestaltung des Motors ist mit einem elektronischen Schalter zur Unterbrechung des positiven Rückkopplungszweiges ausgestattet. In diesem Fall ist ein Schrittregime leicht realisierbar, was die Anwendung als Schrittmotor ermöglicht.The latter three variants ensure safe excitement of the electromechanical generator at the oscillator resonance frequency. Another advantageous design of the engine is with a electronic switch to interrupt the positive Feedback branch equipped. In this case there is a step regime easy to implement, which enables use as a stepper motor.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Anhand der schematischen Zeichnung wird die Erfindung an 34 Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen. Further features of the invention result from the following Figure description. Using the schematic drawing Invention explained in more detail using 34 exemplary embodiments. Show it.

Fig. 1 die erfindungswesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Motors in perspektivischer Darstellung, Fig. 1, the invention essential parts of an engine according to the invention in perspective view;

Fig. 2 einen Oszillator in abgewickelter Darstellung, Fig. 2 shows an oscillator in a developed view,

Fig. 3 Diagramme der Erregerspannungen, Fig. 3 shows diagrams of the excitation voltages,

Fig. 4 eine stehwellenartige Verformung eines erfindungsgemäßen Oszillators bei angelegter Erregerspannung, Fig. 4 is a standing wave-like deformation of an oscillator according to the invention with an applied excitation voltage,

Fig. 5 ein Diagramm einer Erregerspannung, Fig. 5 is a diagram of an excitation voltage,

Fig. 6 einen Augenblickszustand der Funktionsfläche des Oszillators bei Erzeugung einer Stehwelle, Fig. 6 shows an instantaneous state of the operational face of the oscillator upon generation of a standing wave

Fig. 7 Diagramme zur Darstellung des Überlagerungsprozesses bei Verformung der Funktionsfläche, Fig. 7 diagrams for illustrating the overlapping process for forming the functional surface,

Fig. 8 ein vollständiges Bild des Bewegungsablaufs von Punkten der Funktionsfläche des Oszillators bei Erzeugung einer Stehwelle, Fig. 8 shows a complete picture of the motion sequence of points of the functional surface of the oscillator upon generation of a standing wave

Fig. 9 eine Darstellung zur Herausbildung der Bewegungsbahn eines Punktes mit der Funktionsfläche des Oszillators, Fig. 9 is a view to the formation of the path of movement of a point with the operational face of the oscillator,

Fig. 10 eine Darstellung der Phasenbewegung von Punkten der Funktionsfläche des Oszillators, Fig. 10 is a representation of the phase of movement of points of the functional surface of the oscillator,

Fig. 11 mögliche Bewegungslinien von Punkten der Funktionsfläche, Fig. 11 possible movement of lines of dots of the functional surface,

Fig. 12 ein Elementarvolumen eines Oszillators und sein Ersatzschaltbild, Fig. 12 shows an elementary volume of an oscillator and its equivalent circuit diagram,

Fig. 13 ein vollständiges Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Oszillators, Fig. 13 is a complete equivalent circuit diagram of the oscillator according to the invention,

Fig. 14 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild dieses Oszillators, Fig. 14 is a simplified equivalent circuit diagram of this oscillator,

Fig. 15 elektromechanische Kennwerte des erfindungsgemäßen Motors, Fig. 15 electro-mechanical characteristics of the motor according to the invention,

Fig. 16 verschiedene Oszillatorformen, Fig. Oscillator 16 different shapes,

Fig. 17 Varianten verschleißfester Schichten, Fig. 17 variants wear resistant layers,

Fig. 18 Varianten für die Elektroden, Fig. 18 variants for the electrodes,

Fig. 19 eine besondere Elektrodenanordnung, FIG. 19 is a special electrode array,

Fig. 20 eine unsymmetrische Wanderwelle, Fig. 20 is an unbalanced traveling wave,

Fig. 21 Blockschaltbilder zur Erläuterung des Grundprinzips der Oszillatoransteuerung, Fig. 21 are block diagrams for explaining the basic principle of the oscillator drive,

Fig. 22 ein Blockschaltbild zur Selbsterregung des Oszillators, Fig. 22 is a block diagram for self-excitation of the oscillator,

Fig. 23 ein Blockschaltbild mit frequenzgesteuerten Autogenerator, Fig. 23 is a block diagram of frequency-controlled car generator,

Fig. 24 ein Blockschaltbild einer einen elektromechanischen Autogenerator darstellenden Anordnung, Fig. 24 is a block diagram of an electromechanical generator car illustrative arrangement,

Fig. 25 ein Blockschaltbild eines Stromwandlers, Fig. 25 is a block diagram of a current transformer,

Fig. 26 eine Rückkopplungselektrode und ihre Wirkungsweise, Fig. 26, a feedback electrode and its mode of action,

Fig. 27 ein Blockschaltbild mit Rückkopplungselektrode, Fig. 27 is a block diagram showing feedback electrode,

Fig. 28 ein Blockschaltbild des Schrittmotors, Fig. 28 is a block diagram of the stepping motor,

Fig. 29 eine Motorkonstruktion mit langgezogenem Oszillator im Längsschnitt, Fig. 29 is a motor structure having an elongated oscillator in longitudinal section;

Fig. 30 eine Draufsicht auf den Oszillator gemäß Fig. 29, Fig. 30 is a plan view of the oscillator shown in FIG. 29,

Fig. 31 eine Motorkonstruktion mit Ringoszillator, Fig. 31 is a motor structure having ring oscillator,

Fig. 32 eine Motorkonstruktion mit gestauchtem Gehäuse in Schnittdarstellung, Fig. 32 is a motor housing structure with buckled in section,

Fig. 33 eine Ansicht von Fig. 32, Fig. 33 is a view of Fig. 32,

Fig. 34 eine Motorkonstruktion mit Paketwandlern in einem Axialschnitt A-A der Fig. 35, Fig. 34 is a motor design package with transducers in an axial section AA of Fig. 35,

Fig. 35 eine Draufsicht von Fig. 34, Fig. 35 is a plan view of Fig. 34,

Fig. 36 eine Motorkonstruktion mit Magnetring in einem Axialschnitt, Fig. 36 is a motor structure with magnetic ring in an axial section,

Fig. 37 eine Prinzipschaltung mit frequenzgesteuertem Autogenerator, Fig. 37 is a schematic circuit with frequency generator car,

Fig. 38 eine erste Motorschaltung als elektromechanischer Autogenerator, Fig. 38, a first motor circuit as an electromechanical motor generator,

Fig. 39 eine zweite Motorschaltung als elektromechanischer Autogenerator und Fig. 39 shows a second motor circuit as an electromechanical auto generator and

Fig. 40 eine Prinzipschaltung eines erfindungsgemäßen Motors als Schrittmotor. Fig. 40 shows a schematic circuit of a motor according to the invention as a stepping motor.

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Motor enthält gemäß Fig. 1 einen Stator 1 mit einem zylindrischen Oszillator 2 in Form eines geschlossenen und aus piezoelektrischer Keramik gefertigten Wellenleiters 3. Der Wellenleiter 3 besitzt mindestens einen Generator 4 für eine elastische Wanderwelle im Körper des Wellenleiters 3. Ein Rotor 6 wird in der dargestellten Ausführungsform durch sein Eigengewicht an eine Stirnfläche (Funktionsfläche) 5 des Oszillators 2 angepreßt. Eine zweite nicht als Funktionsfläche dienende Stirnfläche 7 des Oszillators 2 stützt sich auf einer elastischen schallisolierenden Unterlage 8 ab, die im nicht dargestellten Gerätegehäuse angeordnet ist. Der Wanderwellengenerator 4 umfaßt einen Grundgenerator 9 und zwei Zusatzgeneratoren 10, 11 für Stehwellen. Jeder der Generatoren 9, 10, 11 belegt einen gleichgroßen Abschnitt 12, 13, 14 des zylinderförmigen Wellenleiters 3 und wird aus zwei parallelen Elektroden 15, 16 mit zwischen ihnen befindlicher piezoelektrischer Keramik gebildet. Jede der Elektroden 15, 16 stellt eine in Längsrichtung auf den zylinderförmigen Wellenleiter 3 aufgetragene stromleitende metallische Schicht dar. Zur Aktivierung der Generatoren 9, 10, 11 ist die piezoelektrische Keramik zwischen den Elektroden 15, 16 in Normalenrichtung zu diesen Elektroden polarisiert. In Fig. 1 und in den folgenden ist die Polarisation mit Pfeilen 150 dargestellt.The piezoelectric motor according to the invention comprises according to Fig. 1, a stator 1 comprising a cylindrical oscillator 2 in the form of a closed and made of piezoelectric ceramic waveguide 3. The waveguide 3 has at least one generator 4 for an elastic traveling wave in the body of the waveguide 3 . In the embodiment shown, a rotor 6 is pressed by its own weight against an end face (functional surface) 5 of the oscillator 2 . A second end surface 7 of the oscillator 2 , which does not serve as a functional surface, is supported on an elastic sound-insulating base 8 , which is arranged in the device housing (not shown). The traveling wave generator 4 comprises a basic generator 9 and two additional generators 10 , 11 for standing waves. Each of the generators 9 , 10 , 11 occupies an equally large section 12 , 13 , 14 of the cylindrical waveguide 3 and is formed from two parallel electrodes 15 , 16 with piezoelectric ceramic located between them. Each of the electrodes 15 , 16 represents a current-conducting metallic layer applied to the cylindrical waveguide 3 in the longitudinal direction. To activate the generators 9 , 10 , 11 , the piezoelectric ceramic between the electrodes 15 , 16 is polarized in the normal direction to these electrodes. In Fig. 1 and in the following, the polarization is shown with arrows 150 .

Jeder der Stehwellengeneratoren 9, 10, 11 hat eine Erregerquelle 17, 18, 19. Die Anschlüsse 20, 21 jeder Erregerquelle 17, 18, 19 sind mit den Elektroden 15 und 16 der entsprechenden Generatoren 9, 10, 11 verbunden. An den Anschlüssen 20, 21 und damit an den Elektroden 15, 16 der Stehwellengeneratoren 9, 10, 11 liegen die entsprechenden Spannungen U₁ = U · sinωt, U₂ = U · sin(ωt ± 120°), U₃ = U · sin(ωt ± 120°) an.Each of the standing wave generators 9 , 10 , 11 has an excitation source 17 , 18 , 19 . The connections 20 , 21 of each excitation source 17 , 18 , 19 are connected to the electrodes 15 and 16 of the corresponding generators 9 , 10 , 11 . At the connections 20 , 21 and thus at the electrodes 15 , 16 of the standing wave generators 9 , 10 , 11 are the corresponding voltages U₁ = U · sinωt, U₂ = U · sin (ωt ± 120 °), U₃ = U · sin (ωt ± 120 °).

In Fig. 2 ist ein abgewickelter zylinderförmiger Wellenleiter 3 mit der Höhe h und der Breite b dargestellt. Die Länge des Wellenleiters 3 entlang der Mittellinie 22 muß ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge λ betragen, die im Wellenleiter durch die Stehwellengeneratoren für 9, 10, 11 erzeugt wird. Die Länge jedes Stehwellengenerators 9, 10, 11 längs der Mittellinie 22 beträgt λ/3. Die Zusatzgeneratoren 10, 11 sind, bezogen auf den Grundgenerator 9, längs der Mittellinie 22 um den entsprechenden Betrag von ± λ/3 verschoben. Jede Gruppe von drei Stehwellengeneratoren 9, 10, 11 bildet einen Wanderwellengenerator 4. Der dabei von einem Wanderwellengenerator 4 eingenommene Platz längs der Mittellinie des zylindrischen Wellenleiters 3 ist gleich der Wellenlänge λ. Die Zahl der Generatoren 4 ist frei wählbar und hängt von der Länge der Mittellinie 22 des zylindrischen Wellenleiters 3 ab. Der in Fig. 2 dargestellte Wellenleiter 3 hat fünf Wanderwellengeneratoren. Alle fünf Generatoren 4 sind elektrisch parallel geschaltet. Eine solche Schaltung bedeutet, daß der Anschluß 20 jeder der Erregerquellen 17, 18, 19 mit der entsprechenden Elektrode 15 der Generatoren 9, 10, 11 entsprechend verbunden ist. In Fig. 2 sind die Anschlüsse 21 der Erregerquellen 17, 18, 19 miteinander verbunden und an die Elektrode 16, die die gemeinsame Elektroden für die Generatoren 9, 10, 11 bildet, angeschlossen. Durch die Erregerquellen 17, 18, 19 werden sinusförmige Spannungen gleicher Amplitude und Fre quenz, die zueinander phasenverschoben sind, bereitgestellt. Die Phasen verschiebung der elektrischen Spannungen der Erregerquellen 18, 19 bezogen auf die Spannung der Erregerquelle 17 beträgt ± 2/3 π (± 120°). FIG. 2 shows a developed cylindrical waveguide 3 with the height h and the width b. The length of the waveguide 3 along the center line 22 must be an integral multiple of the wavelength λ that is generated in the waveguide by the standing wave generators for 9 , 10 , 11 . The length of each standing wave generator 9 , 10 , 11 along the center line 22 is λ / 3. The additional generators 10 , 11 are, with respect to the basic generator 9 , shifted along the center line 22 by the corresponding amount of ± λ / 3. Each group of three standing wave generators 9 , 10 , 11 forms a traveling wave generator 4 . The space taken up by a traveling wave generator 4 along the center line of the cylindrical waveguide 3 is equal to the wavelength λ. The number of generators 4 is freely selectable and depends on the length of the center line 22 of the cylindrical waveguide 3 . The waveguide 3 shown in Fig. 2 has five traveling wave generators. All five generators 4 are electrically connected in parallel. Such a circuit means that the connection 20 of each of the excitation sources 17 , 18 , 19 is correspondingly connected to the corresponding electrode 15 of the generators 9 , 10 , 11 . In FIG. 2, the terminals 21 of the excitation sources 17, 18, 19 connected to each other and to the electrode 16, which connected the common electrode for the generators 9, 10, 11 forms. The excitation sources 17 , 18 , 19 provide sinusoidal voltages of the same amplitude and frequency, which are phase-shifted from one another. The phase shift of the electrical voltages of the excitation sources 18 , 19 based on the voltage of the excitation source 17 is ± 2/3 π (± 120 °).

Fig. 3 zeigt die Diagramme der Spannungsverläufe. Die Spannung U₁ wird durch die Erregerquelle 17, die Spannung U₂ durch die Erregerquelle 18, die Spannung U₃ durch die Erregerquelle 19 bereitgestellt. Fig. 3 shows the diagrams of the voltage waveforms. The voltage U₁ is provided by the excitation source 17 , the voltage U₂ by the excitation source 18 , the voltage U₃ by the excitation source 19 .

In Fig. 4 ist eine Longitudinalstehwelle im Wellenleiter 3 und damit seiner Funktionsfläche 5 dargestellt, die durch einen der Generatoren 9, 10, 11 erzeugt wird, wobei dieser Generator mit einer sinusförmigen Spannung U_i = U · sinωt der entsprechenden Erregerquelle 17, 18, 19 angeregt wurde. Der in Fig. 4 dargestellte Wellenleiter 3 besitzt acht parallel geschaltete gleiche Stehwellengeneratoren 9, 10 oder 11. Diese Generatoren erzeugen eine Stehwelle mit sechzehn Maxima bzw. Minima. Die Anzahl gleicher Generatoren 9, 10, 11 wird durch die Zahl der Wanderwellengeneratoren 4 bestimmt. In dieser Variante des Wellenleiters 3 müssen es acht sein.In FIG. 4 is a Longitudinalstehwelle in the waveguide 3, and thus its function surface 5 18 is shown that is generated by one of the generators 9, 10, 11, this generator sinwt with a sinusoidal voltage U _i = U · of the corresponding excitation source 17, 19 was stimulated. The waveguide 3 shown in FIG. 4 has eight identical standing wave generators 9 , 10 or 11 connected in parallel. These generators generate a standing wave with sixteen maxima or minima. The number of identical generators 9 , 10 , 11 is determined by the number of traveling wave generators 4 . In this variant of the waveguide 3 , there must be eight.

Während des Betriebs des erfindungsgemäßen Motors werden durch die Stehwellengeneratoren 9, 10, 11 unabhängig drei Stehwellen gleicher Amplitude und Wellenlänge erzeugt, die im Raum längs der Mittellinie 22 (Fig. 2) des Wellenleiters 3 zueinander um λ/3 verschoben sind. Die Phasen dieser Wellen unterscheiden sich voneinander um den Betrag von ± 2/3π (± 120°).During operation of the motor according to the invention, three standing waves of the same amplitude and wavelength are generated independently by the standing wave generators 9 , 10 , 11 , which are shifted by λ / 3 in space along the center line 22 ( FIG. 2) of the waveguide 3 . The phases of these waves differ from each other by the amount of ± 2 / 3π (± 120 °).

Im folgenden werden die grundsätzlichen Funktionen des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors anhand der Fig. 1 bis 15 näher beschrieben.The basic functions of the piezoelectric motor according to the invention are described in more detail below with reference to FIGS. 1 to 15.

An jeden Stehwellengenerator 9, 10, 11 (Fig. 1 und 2) wird die von der entsprechenden Erregerquelle 17, 18, 19 bereitgestellte Erregerspannung U₁, U₂, U₃ (Fig. 3) angelegt. Jede Spannung steuert den entsprechenden Generator 9, 10, 11. Diese Generatoren erzeugen im Wellenleiter 3 des Oszillators 2 drei identische Longitudinalstehwellen gleicher Amplitude, die im Raum, bezogen auf die Mittellinie 22 des Wellenleiters, zueinander um den Betrag ± λ/3 und bezogen auf die Zeit (Phase) um den Winkel ± 2/3π (± 120°) verschoben sind. In Fig. 4 ist eine dieser Wellen dargestellt. Da die Schwingungsamplitude des Oszillators 2 2 bis 10 µm im Verhältnis zu seinen Abmessungen 20 bis 100 mm beträgt, wird jede Welle unabhängig von anderen erzeugt. Sie existieren unabhängig voneinander und verformen unabhängig voneinander die Funktionsfläche 5 des Oszillators 2. Die Verschiebung der Punkte des Oszillators 2 im wesentlichen rechtwinklig zur Funktionsfläche 5 ändert sich durch das Einwirken jeder einzelnen Welle nach einem Sinusgesetz, so daß auch die Verschiebung der Punkte der Funktionsfläche 5 nach diesem Gesetz und entsprechend der Änderung der sinusförmigen Erregerspannung erfolgt.At each standing wave generator 9 , 10 , 11 ( Fig. 1 and 2), the excitation voltage provided by the corresponding excitation source 17 , 18 , 19 U₁, U₂, U₃ ( Fig. 3) is applied. Each voltage controls the corresponding generator 9 , 10 , 11 . These generators generate in the waveguide 3 of the oscillator 2 three identical longitudinal standing waves of the same amplitude, which in space, based on the center line 22 of the waveguide, to each other by the amount ± λ / 3 and based on the time (phase) by the angle ± 2 / 3π (± 120 °) are shifted. In FIG. 4 one of these waves is shown. Since the oscillation amplitude of the oscillator 2 is 2 to 10 µm in relation to its dimensions 20 to 100 mm, each wave is generated independently of the others. They exist independently of one another and independently of one another deform the functional surface 5 of the oscillator 2 . The displacement of the points of the oscillator 2 essentially at right angles to the functional surface 5 changes by the action of each individual wave according to a sine law, so that the displacement of the points of the functional surface 5 takes place according to this law and in accordance with the change in the sinusoidal excitation voltage.

Fig. 5 zeigt das Diagramm der Spannungsverläufe eines der Stehwellengeneratoren 9, 10, 11 für den angegebenen Zeitabschnitt t₀-t₈ einer Schwingungsperiode. Fig. 6 zeigt die Phasen der Bewegung der Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 für die Zeitabschnitte t₀-t₈. In den Diagrammen sind die sich in den Extremwerten der Transversalgeschwindigkeiten der Stehwellen befindlichen Punkte a₀ der Funktionsfläche 5 gekennzeichnet. Diese Punkte führen Schwingungen auf senkrecht zur Funktionsfläche 5 verlaufenden geraden Linien (strichliniert gezeichnet) aus. Werden gleichzeitig drei Stehwellen im Oszillator 2 erzeugt, überlagern sie sich. Die durch die Stehwellen hervorgerufenen Verformungen des Oszillatorkörpers 2 summieren sich ebenso wie die Verformungen der Funktionsfläche 5. Fig. 5 shows the diagram of voltage waveforms showing one of the standing wave generators 9, 10, 11 for the specified time period t₀-t₈ an oscillation period. Fig. 6 shows the phases of the movement of the functional surface 5 of the oscillator 2 for the time periods t₀-t₈. In the diagrams, the points a₀ of the functional surface 5 located in the extreme values of the transverse speeds of the standing waves are identified. These points cause vibrations on straight lines perpendicular to the functional surface 5 (drawn in broken lines). If three standing waves are generated in oscillator 2 at the same time, they overlap. The deformations of the oscillator body 2 caused by the standing waves add up, as do the deformations of the functional surface 5 .

In Fig. 7 ist der Überlagerungsvorgang zur Verformung der Funktionsfläche 5 dargestellt. Die Angaben der Positionen 23, 24, 25 entsprechen den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃ der Augenblickswerte der Erregerspannungen U₁, U₂, U₃ an den Generatoren 9, 10, 11 (Fig. 3). In Fig. 7 ist durch die gerissene Linien 26, 27, 28 der durch jede Stehwelle hervorgerufe Verformungszustand der Funktionsfläche 5 dargestellt. Mit der durchgehenden Linie 29 ist die überlagerte Verformung der Funktionsfläche 5 gekennzeichnet. Aus den Diagrammen 23, 24, 25 (Fig. 7) ist erkennbar, daß die überlagerte Verformung der Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 eine sich weiterbewegende Welle 29 (Wanderwelle) des Oszillators 2 darstellt. Diese Welle 29 legt in einer Schwingungsperiode einen Weg zurück, der gleich der Wellenlänge λ der Stehwelle ist. Die Amplitude der Wanderwelle ist gleich dem 1,5fachen Amplitudenwert einer der Stehwellen.In Fig. 7 the superimposition process is illustrated for deformation of the operational face 5. The details of positions 23 , 24 , 25 correspond to the times t₁, t₂, t₃ the instantaneous values of the excitation voltages U₁, U₂, U₃ on the generators 9 , 10 , 11 ( Fig. 3). The broken lines 26, 27, 28 in FIG. 7 show the state of deformation of the functional surface 5 caused by each standing wave. The continuous line 29 indicates the superimposed deformation of the functional surface 5 . It can be seen from the diagrams 23 , 24 , 25 ( FIG. 7) that the superimposed deformation of the functional surface 5 of the oscillator 2 represents a further-moving wave 29 (traveling wave) of the oscillator 2 . This wave 29 travels in a period of oscillation which is equal to the wavelength λ of the standing wave. The amplitude of the traveling wave is equal to 1.5 times the amplitude value of one of the standing waves.

Fig. 8 zeigt den vollständigen Bewegungsablauf der Punkte a₁-a₅ der Funktionsfläche 5 im Bereich der Wellenlänge des Wellenleiters 3 (Oszillator 2), der bei Erzeugung einer Stehwelle im Oszillator 2 gleich λ/2 ist. Der Bewegungslinie der Punkte a₁-a₅ (Fig. 8) ist durch gekrümmte gerissene Linien dargestellt. Der Wellenleiter 3 (Oszillator 2) dehnt sich abwechselnd aus (Punkte ± a₁′, bis + a₅′) und preßt sich in seinen Schwingungsbäuchen (Punkte ± a₁′′ bis + a₅′′) zusammen. Der zylinderförmige Wellenleiter 3 des Oszillators 2 stellt einen elastischen Körper mit endlichen Abmessungen dar, dessen Elementarteilchen mittels Elastizitätskräften zusammengehalten werden. Dies hat zur Folge, daß bei der Erregung einer Longitudinalstehwelle, die Punkte des Wellenleiters 3 (Oszillator 2) sich, wie in Fig. 8 dargestellt, auf geneigten Bahnen bewegen, wobei sie sich abwechselnd einander annähern bzw. voneinander entfernen. Nur die sich in den Extremwerten befindlichen Punkte bewegen sich (schwingen) auf geraden senkrecht zur Oberfläche des zylinderförmigen Wellenleiters 3 verlaufenden Bahnen (siehe Fig. 6 und 8). Diese Punkte besitzen eine maximale Queramplitude Δy_max. Die restlichen Punkte bewegen sich auf geraden und bei größeren Amplituden auf gekrümmten und geneigt zur Oberfläche des Wellenleiters verlautenden Bahnen, wie in Fig. 8 dargestellt. Mit zunehmender Entfernung vom zentralen Punkt a₀ verringert sich ihre Queramplitude (in y-Richtung). Dies erklärt, warum jeder sich in einer gewissen Entfernung vom Punkt a₀ (Linie) des Maximums befindliche Punkt a_n der Funktionsfläche 5, eine Quer- und eine Längskomponente der Geschwindigkeit aufweist. Wobei mit Zunahme der Entfernung (Punkte +a_n und -a_n) beiderseits des zentralen Punktes a₀ die Längskomponente (x-Richtung) der Geschwindigkeit sich erhöht und bei einer Entfernung von ± λ/4 die Queramplitude seinen Maximalwert von Δx_max erreicht. Die Querkomponente Δy ist in diesem Punkt minimal. Der nichtlineare Bewegungsverlauf (Krümmung) ist durch Inhomogenitäten des Wellenleitermaterials bei großen Schwingungsamplituden bedingt, was praktisch immer auftritt. Fig. 8 shows the complete movement of the points a₁-a₅ of the functional surface 5 in the range of the wavelength of the waveguide 3 (oscillator 2 ), which is equal to λ / 2 when generating a standing wave in the oscillator 2 . The line of motion of the points a₁-a₅ ( Fig. 8) is shown by curved broken lines. The waveguide 3 (oscillator 2 ) extends alternately (points ± a₁ ', to + a₅') and presses together in its antinodes (points ± a₁ '' to + a₅ ''). The cylindrical waveguide 3 of the oscillator 2 represents an elastic body with finite dimensions, the elementary particles of which are held together by means of elastic forces. As a result, when a longitudinal standing wave is excited, the points of the waveguide 3 (oscillator 2 ), as shown in FIG. 8, move on inclined paths, alternately approaching or moving away from one another. Only the points located in the extreme values move (oscillate) on straight paths running perpendicular to the surface of the cylindrical waveguide 3 (see FIGS. 6 and 8). These points have a maximum transverse amplitude Δy _max . The remaining points move on straight and, in the case of larger amplitudes, on curved paths which are inclined to the surface of the waveguide, as shown in FIG. 8. With increasing distance from the central point a₀ their transverse amplitude decreases (in the y direction). This explains why each point a _{n of} the functional surface 5 located at a certain distance from the point a₀ (line) of the maximum has a transverse and a longitudinal component of the speed. Whereby with increasing distance (points + a _n and -a _n ) on both sides of the central point a₀ the longitudinal component (x-direction) of the speed increases and at a distance of ± λ / 4 the transverse amplitude reaches its maximum value of Δx _max . The cross component Δy is minimal at this point. The non-linear course of motion (curvature) is caused by inhomogeneities of the waveguide material with large vibration amplitudes, which practically always occurs.

Bei Erzeugung einer Wanderwelle im Wellenleiter 3 des Oszillators 2 (in Fig. 9 ist die Bewegungsrichtung der Welle durch einen Pfeil 151 angegeben) durchläuft jeder Punkt der Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 nacheinander die Positionen aller Punkte von +a_n′ bis -a_n′ und von -a_n′′ bis +a_n′′ und bewegt sich dabei auf einer geschlossenen Bahn, die im allgemeinen eine Ellipse und im Spezialfall einen Kreis darstellt.When a traveling wave is generated in the waveguide 3 of the oscillator 2 (the direction of movement of the wave is indicated by an arrow 151 in FIG. 9), each point of the functional surface 5 of the oscillator 2 successively passes through the positions of all points from + a _n ′ to -a _n ′ and from -a _n '' to + a _n '' and thereby moves on a closed path, which is generally an ellipse and in a special case a circle.

Die maximale Höhe der Ellipse ist gleich der doppelten maximalen Queramplitude Δy_max. Die maximale Breite der Ellipse ist gleich der doppelten maximalen Längsamplitude Δx_max. Der Phasenwinkel zwischen Längs- und Querkomponente beträgt immer 90°. Wenn die Querkomponente Δy gleich Null ist, erreicht die Längskomponente Δx ihr Maximum und wenn die Längskomponente Δx Maximum hat, ist die Querkomponente Δy praktisch gleich Null.The maximum height of the ellipse is equal to twice the maximum transverse amplitude Δy _max . The maximum width of the ellipse is twice the maximum longitudinal amplitude Δx _max . The phase angle between the longitudinal and transverse components is always 90 °. If the transverse component Δy is zero, the longitudinal component Δx reaches its maximum and if the longitudinal component Δx has maximum, the transverse component Δy is practically zero.

Jeder Punkt a_n der Funktionsfläche 5 besitzt einen sich vom Punkt a_n±1 unterscheidenden anderen Bewegungsablauf auf seiner elliptischen Bahn. Fig. 10 gibt den Bewegungsablauf der Punkte der Funktionsfläche 5 wieder. Aus Fig. 10 ist erkennbar, daß die sich zum angegebenen Zeitpunkt im Wellenberg befindlichen Punkte a₀ Kontakt mit dem Rotor 6 haben. Auf Grund der Reibungskräfte übertragen diese Punkte der Funktionsfläche 5 ein Drehmoment auf den Rotor 6. Das Material des Rotors weist eine gewisse feststehende Verformbarkeit auf, so daß dieser Kontakt in der Praxis über eine gewisse Fläche erfolgt, die von den elastischen Materialeigenschaften des Rotors sind von der Federkraft abhängt, die den Rotor 6 an die Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 preßt. In der Realität hat also eine gewisse Anzahl sich auf dem Wellenberg der Wanderwelle befindlicher Punkte (Flächenelemente) Kontakt mit dem Rotor und übertragen ihm ein Drehmoment. Die sich in den Wellentälern befindenden Punkte bewegen sich dabei in umgekehrter Richtung. Jeder Punkt der Funktionsfläche 5 durchläuft im Verlauf einer Schwingungsperiode einmal seine Bewegungsbahn. Die Zahl der den Rotor 6 kontaktierenden Teilflächen der Funktionsfläche 5 ist gleich der Zahl der Wellenlängen λ, die der Länge der Mittellinie 22 des Oszillators 2 entsprechen.Each point a _{n of} the functional surface 5 has a different movement sequence on its elliptical path that differs from the point a _{n ± 1} . Fig. 10 shows the sequence of movements of the points of the functional surface 5 again. It can be seen from FIG. 10 that the points a₀ in the wave crest at the specified time have contact with the rotor 6 . Due to the frictional forces, these points of the functional surface 5 transmit a torque to the rotor 6 . The material of the rotor has a certain fixed deformability, so that this contact takes place in practice over a certain area, which depends on the elastic material properties of the rotor on the spring force that presses the rotor 6 against the functional surface 5 of the oscillator 2 . In reality, a certain number of points (surface elements) on the crest of the traveling wave have contact with the rotor and transmit a torque to it. The points in the wave valleys move in the opposite direction. Each point of the functional surface 5 runs through its path of motion once in the course of an oscillation period. The number of partial surfaces of the functional surface 5 contacting the rotor 6 is equal to the number of wavelengths λ which correspond to the length of the center line 22 of the oscillator 2 .

Die Drehrichtung der Ellipse oder die Bewegungsrichtung der Punkte, die Kontakt zum Rotor haben, hängt davon ab, ob die Punkte in den Wellenbergen der Stehwelle im Moment des Ausdehnens des Oszillatorwerkstoffes (Fig. 8) sich voneinander entfernen oder sich aufeinander zu bewegen. Wenn sich die Punkte voneinander entfernen, drehen sich die Ellipse und der Rotor entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle.The direction of rotation of the ellipse or the direction of movement of the points which are in contact with the rotor depends on whether the points in the wave crests of the standing wave move away from one another or move towards one another when the oscillator material is expanded ( FIG. 8). When the points move away from each other, the ellipse and the rotor rotate in the opposite direction to the traveling wave.

Wenn die Punkte sich aufeinanderzubewegen, fallen die Drehrichtung von Ellipse und Rotor mit der Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle zusammen. Dieser Fall wird hier nicht betrachtet. Er kann nur durch spezielle, z. B. konische Wellenleiterformen, realisiert werden. Das Verhältnis von Längs- zur Querkomponente Δx/Δy, d. h. der Bewegungsablauf des erfindungsgemäßen Motor wird hauptsächlich durch das Verhältnis der Wellenlänge λ zur Höhe des Wellenleiters h bestimmt. Je größer dieses Verhältnis, um so mehr ist die Ellipse längs der Funktionsfläche 5 gedehnt. Je kleiner dieses Verhältnis, desto mehr nähert sich die Bewegungsbahn der Punkte an die einer Kreisbahn an.When the points move towards each other, the direction of rotation of the ellipse and rotor coincide with the direction of propagation of the traveling wave. This case is not considered here. He can only by special, for. B. conical waveguide shapes can be realized. The ratio of the longitudinal to the transverse component Δx / Δy, ie the movement sequence of the motor according to the invention is mainly determined by the ratio of the wavelength λ to the height of the waveguide h. The greater this ratio, the more the ellipse is stretched along the functional surface 5 . The smaller this ratio, the closer the movement path of the points approaches that of a circular path.

Die Oszillatorbreite (Wellenleiter) und die Elastizitätseigenschaften des Oszillatormaterials haben nur einen geringen Einfluß auf das Verhältnis der Komponenten Δx/Δy. Bei Motoren, bei denen die Bewegungsbahn der Punkte der Funktionsflächen 5 sich einer Kreisform annähert, beträgt das Verhältnis von Wellenlänge λ zur Oszillatorhöhe h rund 2.The oscillator width (waveguide) and the elastic properties of the oscillator material have only a minor influence on the ratio of the components Δx / Δy. For motors in which the movement path of the points of the functional surfaces 5 approximates a circular shape, the ratio of wavelength λ to oscillator height h is around 2.

Fig. 11 stellt mögliche Bewegungsbahnen von Punkten der Funktionsfläche 5 dar, und zwar zeigen Position 30 eine senkrecht zur Arbeitsoberfläche 5 langgezogene Ellipse, Position 31 eine Bewegungsbahn in Kreisform, Position 32 eine in Richtung der Funktionsfläche 5 langgezogene Ellipse mit einem Achsenverhältnis von 1,5 und Position 33 eine Ellipse mit einem Achsenverhältnis von 4. Optimal für die Funktion des erfindungsgemäßen Motors ist eine Bewegungsbahn in Form einer in Richtung der Funktionsfläche 5 angezogenen Ellipse und mit einem Verhältnis der Komponenten im Bereich von 2 bis 5 (Positionen 33 in Fig. 11). In diesem Fall ist der tangential zur Funktionsfläche 5 ausgerichtete Energiefluß um 4 bis 25mal größer als der senkrecht zu dieser Oberfläche ausgerichtete Energiefluß. Das heißt, daß der größere Teil der Statorenergie potentiell in Rotorenergie umgewandelt wird. Fig. 11 illustrates possible movement paths of points of the operation surface 5 is, namely show position 30, a vertically elongated to the working surface 5 ellipse position 31 a path of movement in a circular shape, position 32 a in the direction of the operation surface 5 of elongated ellipse with an axial ratio of 1.5 and position 33 is an ellipse with an axis ratio of 4. Optimal for the function of the motor according to the invention is a movement path in the form of an ellipse drawn in the direction of the functional surface 5 and with a ratio of the components in the range from 2 to 5 (positions 33 in FIG. 11 ). In this case, the energy flow oriented tangentially to the functional surface 5 is 4 to 25 times greater than the energy flow oriented perpendicular to this surface. This means that the greater part of the stator energy is potentially converted into rotor energy.

Die Bewegungsbahn als Kreis (Position 31 in Fig. 11) stellt einen Grenzfall dar. Im Fall der senkrecht zur Funktionsfläche 5 (Position 30, Fig. 11) langgezogenen Ellipse dringt ein Großteil der Energie des Stators 2 in den Rotor 6 des Motors ein, erregt ihn und wird dort in Wärme umgesetzt. Deshalb ist eine solche Bewegungsbahn unerwünscht. Im Fall einer senkrecht zur Richtung der Funktionsfläche 5 extrem langgezogenen Ellipse (nicht dargestellt) wäre die senkrecht zur Rotoroberfläche gerichtete Energie für einen Friktionskontakt von Oszillator 2 mit Rotor 6 nicht ausreichend. Bei solchen Motoren würde ein großer Teil der Energie als Wärme u. a. im Oszillator 2 freigesetzt werden. Deshalb hat im erfindungsgemäßen Motor der Oszillator 2 optimale Abmessungen, die durch die Bewegungsbahnen der Punkte vorgegeben sind. Diese Abmessungen werden durch das Verhältnis von Länge der erzeugten Stehwelle λ zur Höhe h des Oszillators 2 (Wellenleiter 3) bestimmt. Der genaue Wert des optimalen Verhältnisses hängt von den Elastizitätseigenschaften des Oszillatormaterials 2 und von seiner Breite b ab und befindet sich im Bereich von λ bis 0,25 λ.The movement path as a circle (position 31 in FIG. 11) represents a borderline case. In the case of the elongated ellipse perpendicular to the functional surface 5 (position 30 , FIG. 11), a large part of the energy of the stator 2 penetrates into the rotor 6 of the motor, excites him and is converted into heat there. Such a trajectory is therefore undesirable. In the case of perpendicular extremely elongated to the direction of the functional surface 5 ellipse (not shown) is directed perpendicular to the rotor surface energy for a frictional contact of Oscillator 2 with rotor 6 would not be sufficient. In such motors, a large part of the energy would be released as heat, inter alia, in oscillator 2 . Therefore, in the motor according to the invention, the oscillator 2 has optimal dimensions, which are predetermined by the movement paths of the points. These dimensions are determined by the ratio of the length of the standing wave λ generated to the height h of the oscillator 2 (waveguide 3 ). The exact value of the optimal ratio depends on the elastic properties of the oscillator material 2 and on its width b and is in the range from λ to 0.25 λ.

Unabhängig voneinander erzeugen die Stehwellengenerator 9, 10, 11 im Oszillator 3 akustische Stehwellen, so daß jeder dieser Generatoren als ein unabhängiges elektromechanisches Schwingungssystem betrachtet werden kann. Deshalb kann man für jeden der Generatoren 9, 10, 11 auf dem Oszillator 2 ein Elementarvolumen der Länge λ mit einem Stehwellengenerator, wie in Fig. 12, Position 34 gezeigt, herauslösen. Ein solches Volumen kann als elementares unabhängiges Schwingungssystem der Länge λ mit Elektroden der Länge λ/2, d. h. als ein zweimodiger piezoelektrischer Resonator betrachtet werden (Fig. 12, Position 35). Das elektrische Ersatzschaltbild eines solchen Resonators ist in Fig. 12, Position 36 dargestellt. Die Schaltung enthält folgende Bauteile:Independently of one another, the standing wave generators 9 , 10 , 11 generate acoustic standing waves in the oscillator 3 , so that each of these generators can be regarded as an independent electromechanical vibration system. Therefore, for each of the generators 9 , 10 , 11 on the oscillator 2, an elementary volume of length λ can be extracted with a standing wave generator, as shown in FIG. 12, position 34 . Such a volume can be viewed as an elementary, independent oscillation system of length λ with electrodes of length λ / 2, ie as a two-mode piezoelectric resonator ( FIG. 12, position 35 ). The electrical equivalent circuit diagram of such a resonator is shown in FIG. 12, position 36 . The circuit contains the following components:

- A static capacitance C₀ = s / b · ε₃₃ T (1-K₃₁²), where s is the area of the electrodes.
- An ideal electromechanical transducer with a conversion coefficient of N p = b / 2 · d₃₁ / S₁₁ E
- a mechanical capacitance C M = λ / π² · S₁₁ E / b · h
- A mechanical inductance L M = m, where m represents the mass of the elementary volume.
- A resistor for the mechanical losses in the oscillator R M = ωL M / θ eG , where θ eG represents the effective quality of the motor.

Das vollständige Ersatzschaltbild eines Wanderwellengenerators 4 kann als eine Einheit von drei identischen Ersatzschaltbildern 37, 38, 39 (Fig. 13) der drei Stehwellengeneratoren 9, 10, 11 betrachtet werden. In der vollständigen Schaltung ist jedes der Ersatzschaltbilder 37, 38, 39 mit seiner Erregerquelle 17, 18, 19 verbunden. Der Ausgang jedes der Ersatzschaltbilder 37, 38, 39 ist mit dem Friktionswandler 40 verbunden. Der im kompletten Ersatzschaltbild angegebene Friktionswandler 40 spiegelt den Friktionskontakt des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors wieder. Er enthält einen Widerstand für die Reibungsverluste im Friktionskontakt R_F und einen idealen Wandler, der die Schwingungs bewegung des Oszillators 2 in eine Drehbewegung des Rotors 6 umwandelt, wobei für den Transformationskoeffizienten gilt:The complete equivalent circuit diagram of a traveling wave generator 4 can be regarded as a unit of three identical equivalent circuit diagrams 37 , 38 , 39 ( FIG. 13) of the three standing wave generators 9 , 10 , 11 . In the complete circuit, each of the equivalent circuit diagrams 37 , 38 , 39 is connected to its excitation source 17 , 18 , 19 . The output of each of the equivalent circuit diagrams 37 , 38 , 39 is connected to the friction converter 40 . The friction converter 40 specified in the complete equivalent circuit diagram reflects the friction contact of the piezoelectric motor according to the invention. It contains a resistor for the friction losses in the friction contact R _F and an ideal transducer that converts the oscillatory movement of the oscillator 2 into a rotary movement of the rotor 6 , the following applies to the transformation coefficient:

N_F = M/F∼, mit M für das konstante Drehmoment
F∼ für eine veränderliche Kraft.N _F = M / F∼, with M for the constant torque
F∼ for a changing force.

Der Ausgang des Friktionswandlers 40 ist mit dem Widerstand der mechanischen Last R_L verbunden.The output of the friction converter 40 is connected to the resistance of the mechanical load R _L.

Das in Fig. 13 dargestellte Bild kann bei Annahme, daß der piezoelektrische Motor bei der mechanischen Resonanzfrequenz des Oszillators 2 arbeitet, in ein einfacheres Ersatzschaltbild (Fig. 14) umgewandelt werden. In diesem Ersatzschaltbild sind die Parameter U₁′, U₂′, U₃′, R_M′, R_F′ auf die mechanische Seite der Schaltung gemäß Fig. 13 überführt worden.The image shown in FIG. 13 can be converted into a simpler equivalent circuit diagram ( FIG. 14) assuming that the piezoelectric motor operates at the mechanical resonance frequency of the oscillator 2 . In this equivalent circuit diagram, the parameters U 1 ′, U 2 ′, U 3 ′, R _M ′, R _F ′ have been transferred to the mechanical side of the circuit according to FIG. 13.

Der erfindungsgemäße Motor weist die klassischen elektromechanischen Eigenschaften von piezoelektrischen Motoren auf. In den praktischen Ausführungen ist der Widerstand R_M für die mechanischen Verluste im Oszillator immer bedeutend kleiner als der Blindwiderstand des Oszillators ωL_M. Deshalb hat die Frequenzabhängigkeit des Motors die in Fig. 15, Positionen 41, 42, 43 gezeigte Form. Position 41 stellt die Abhängigkeit der Drehfrequenz η von der Erregerfrequenz f, Position 42 die Abhängigkeit des Phasenstroms I_F (Strom eines der Stehwellengeneratoren 9, 10, 11) von der Erregerfrequenz f und Position 43 die Abhängigkeit der Phasenverschiebung ϕ von der Erregerspannung U₁ (U₂, U₃) und vom Phasenstrom I_F dar.The motor according to the invention has the classic electromechanical properties of piezoelectric motors. In the practical versions, the resistance R _M for the mechanical losses in the oscillator is always significantly smaller than the reactance of the oscillator ωL _M. Therefore, the frequency dependency of the motor has the shape shown in Fig. 15, positions 41 , 42 , 43 . Position 41 shows the dependence of the rotational frequency η on the excitation frequency f, position 42 the dependence of the phase current I _F (current of one of the standing wave generators 9 , 10 , 11 ) on the excitation frequency f and position 43 the dependence of the phase shift ϕ on the excitation voltage U₁ (U₂ , U₃) and the phase current I _F.

Alle Kennwerte nach 41, 42, 43 sind über charakteristische Punkte miteinander verknüpft. So entspricht das Maximum der Drehfrequenz η_max der mechanischen Resonanzfrequenz des Oszillators f₀(ω₀). Dieser Frequenz entspricht eine Nullphasenverschiebung (Position 43) zwischen Eingangsspannung U₁ (U₂, U₃) und Eingangsstrom I_F von jeder der Phasen. Das Strommaximum I_Fmax der Phase befindet sich bei der Frequenz f_Imax, welche sich links von der mechanischen Resonanzfrequenz f₀ befindet. Die Stromabhängigkeit 42 weist bei der Anti-Resonanzfrequenz des Oszillators f_a eine zweite Nullphase auf. Die Phasenverschiebung zwischen den Eingangsspannungen U₁ (U₂, U₃) und dem Phasenstrom I_F (43) ist im Bereich von f₀ bis f_a positiv. Im verbleibenden Erregerfrequenzbereich ist sie negativ. Alle drei Abhängigkeiten sind stetig, d. h. sie haben keine Bereiche mit nichtdefinierten Zuständen.All characteristic values according to 41 , 42 , 43 are linked with each other via characteristic points. The maximum of the rotational frequency η _max corresponds to the mechanical resonance frequency of the oscillator f₀ (ω₀). This frequency corresponds to a zero phase shift (position 43 ) between the input voltage U₁ (U₂, U₃) and input current I _F of each of the phases. The current maximum I _{Fmax of} the phase is at the frequency f _Imax , which is to the left of the mechanical resonance frequency f₀. The current dependency 42 has a second zero phase at the anti-resonance frequency of the oscillator f _a . The phase shift between the input voltages U₁ (U₂, U₃) and the phase current I _F ( 43 ) is positive in the range from f₀ to f _a . In the remaining excitation frequency range, it is negative. All three dependencies are continuous, ie they have no areas with undefined states.

In der Position 44, Fig. 15 ist eine Abhängigkeit einer Steuerspannung dargestellt, d. h. die Abhängigkeit der Drehfrequenz η von der Höhe der Erregerspannung U₁ (U₂, U₃) bei Betrieb des Motors auf der mechanischen Resonanzfrequenz f₀. Praktisch verläuft diese Abhängigkeit linear. Sie weist dann einen kleinen Sprung bei der Spannung U₀ auf, wenn die Queramplitude der Schwingung des Oszillators 2 kleiner als die Unebenheiten der Funktionsfläche 5 sind. In der Position 45, Fig. 15 sind die mechanischen Kennwerte des erfindungsgemäßen Motors dargestellt; die Abhängigkeit der Drehfrequenz η vom Lastmoment M, bei Betrieb des Motors auf der mechanischen Resonanzfrequenz f₀. Bis zum Lastmoment M_e ist die Abhängigkeit linear. Dieses Moment bedeutet Abriß des Friktionskontaktes. Im Lastbereich von M_e bis M_max arbeitet der Motor unregelmäßig. Durch die gerissene Linie ist der maximal mögliche lineare Wert des Lastmoments M′_max angegeben. Dieser Wert kann bei idealer Auswahl der Werkstoffe für das Friktionspaar Stator 1 und Rotor 6 erreicht werden. Position 46, Fig. 15 ist das Gütediagramm des Motors. In position 44 , Fig. 15, a dependency of a control voltage is shown, ie the dependence of the rotational frequency η on the level of the excitation voltage U₁ (U₂, U₃) when the motor is operating on the mechanical resonance frequency f₀. In practice, this dependency is linear. It then has a small jump at the voltage U₀ when the transverse amplitude of the oscillation of the oscillator 2 is smaller than the unevenness of the functional surface 5 . Position 45 , FIG. 15 shows the mechanical parameters of the motor according to the invention; the dependence of the rotational frequency η on the load torque M, when the motor is operating on the mechanical resonance frequency f₀. The dependence is linear up to the load moment M _e . This moment means the frictional contact is broken. The motor works irregularly in the load range from M _e to M _max . The maximum possible linear value of the load torque M ′ _{max is} indicated by the broken line. This value can be achieved with an ideal selection of materials for the friction pair stator 1 and rotor 6 . Position 46 , Fig. 15 is the quality diagram of the engine.

Das ist die Abhängigkeit des Wirkungsgrades η vom Lastmoment M bei Betrieb des Motors auf der mechanischen Resonanzfrequenz f₀. Bis zum Lastwert M_e hat die Abhängigkeit die Form einer Parabel. Das Maximum befindet sich in der Nähe des halben maximal möglichen Lastmoments 1/2 M′_max. Die Höhe des maximalen Wirkungsgrades η_max hängt vom Verhältnis Verlustwiderstandes R′_M des Oszillators zum Verlust widerstand des Friktionskontaktes R′_F ab. In der praktischen Realisierung ist der Verlustwiderstand des Friktionskontaktes R′_F immer größer als der Verlustwiderstand des Oszillators R′_M. Deshalb hat der erfindungsgemäße Motor einen ausreichend großen Wirkungsgrad, der im Bereich von 30-70% liegt.This is the dependence of the efficiency η on the load moment M when the engine is operating on the mechanical resonance frequency f₀. Up to the load value M _e , the dependency takes the form of a parabola. The maximum is close to half the maximum possible load torque 1/2 M ′ _max . The amount of the maximum efficiency η _max depends on the ratio loss resistance R ' _{M of} the oscillator to the loss resistance of the friction contact R' _F. In practical implementation, the loss resistance of the friction contact R ' _{F is} always greater than the loss resistance of the oscillator R' _M. Therefore, the motor according to the invention has a sufficiently high efficiency, which is in the range of 30-70%.

In der Fig. 16 sind einige Varianten von vollständig aus Piezokeramik gefertigten monolithischen Oszillatoren 2 des erfindungsgemäßen Motors dargestellt. Diese Oszillatoren sind die Wellenleiter für die vom Generator 4 erzeugte Wanderwelle. Jede der dargestellten Varianten kann in Abhängigkeit von der konkreten Konstruktion und den geforderten Motorparametern verwendet werden. So ermöglicht z. B. der als langgezogener Zylinder ausgeführte Oszillator 2, dessen Höhe gleich oder größer als sein Durchmesser ist (Position 47), den Aufbau von piezoelektrischen Motoren minimaler Abmessungen mit einem Wanderwellengenerator 4 (Fig. 1).In Fig. 16, some variants are shown of the inventive motor made entirely of piezoelectric ceramic monolithic Oscillators 2. These oscillators are the waveguides for the traveling wave generated by the generator 4 . Each of the variants shown can be used depending on the specific design and the required engine parameters. So z. B. the oscillator 2 designed as an elongated cylinder, the height of which is equal to or greater than its diameter (position 47 ), the construction of piezoelectric motors of minimal dimensions with a traveling wave generator 4 ( FIG. 1).

Der Oszillator 2 als kurzer, breiter Zylinder (Position 48) wird dann verwendet, wenn maximale mechanische Leistungen gefordert werden. In dem Fall kann man den Durchmesser des Oszillators 2 unbegrenzt vergrößern, dadurch wird die Zahl der Wanderwellengeneratoren 4 und entsprechend die Zahl der mit dem Rotor 6 in Kontakt tretenden Wellen vergrößert.The oscillator 2 as a short, wide cylinder (position 48 ) is used when maximum mechanical performance is required. In this case, the diameter of the oscillator 2 can be increased indefinitely, thereby increasing the number of traveling wave generators 4 and correspondingly the number of waves coming into contact with the rotor 6 .

Ein Oszillator in Scheibenform (Position 49) kann für einen flachen Motor, der nur eine minimale Höhe hat, eingesetzt werden. In dem Fall, wenn ein piezoelektrischer Motor mit minimalen Querschnitt und einer Öffnung im Zentrum erforderlich ist, wird ein Oszillator in Form eines zylindrischen Ringes (Position 50) eingesetzt. Die Verwendung eines Oszillators mit konischer Querschnittsform (Position 51, 52) gestattet eine Vervielfachung der Schwingungsgeschwindigkeit. Solche Oszillatoren funktionieren ähnlich wie Konzentratoren für mechanische Spannungen, die die Schwingungsgeschwindigkeit in einem kleinen Bereich ihres Querschnitts vervielfachen. Die Verwendung von vervielfachenden Konzentratoren ermöglicht es, die Schwingungsgeschwindigkeit um das 1,5-2fache zu erhöhen und folglich auch die Drehfrequenz des Rotors. Die Positionen 53, 54 zeigen Oszillatoren mit konischer Funktionsfläche 5. Solche Oszillatoren ermöglichen es, piezoelektrischen Motoren ohne zentrierende Kugellager aufzubauen, was wesentlich die Motorkosten verringert. Da die konische Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 eine große Fläche bildet, erhöht sich proportional dazu die mechanische Leistung des Motors.A disc-shaped oscillator (position 49 ) can be used for a flat motor with a minimal height. In the case where a piezoelectric motor with a minimal cross section and an opening in the center is required, an oscillator in the form of a cylindrical ring (position 50 ) is used. The use of an oscillator with a conical cross-sectional shape (position 51 , 52 ) allows the oscillation speed to be multiplied. Such oscillators function similarly to concentrators for mechanical stresses, which multiply the speed of vibration in a small area of their cross section. The use of multiplier concentrators makes it possible to increase the oscillation speed by 1.5-2 times and consequently also the rotational frequency of the rotor. Positions 53 , 54 show oscillators with a conical functional surface 5 . Such oscillators make it possible to build piezoelectric motors without centering ball bearings, which significantly reduces the motor costs. Since the conical functional surface 5 of the oscillator 2 forms a large surface, the mechanical power of the motor increases proportionally.

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Motor beruht auf einem Friktionskontakt von Oszillator 2 und Rotor 6, d. h. die aufeinander einwirkenden Flächen überliegen einem Friktionsverschleiß. Der Verschleißgrad dieser Oberflächen bestimmt die Funktionsdauer (Standzeit) des Motors und hängt von der Verschleißbeständigkeit der eingesetzten Werkstoffe für die Friktionspaarung von Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 und Oberfläche des Rotors 6 ab. Die Auswahl des Rotorwerkstoffes stellt keine besonderen Probleme dar. Er kann sowohl aus sehr harten Werkstoffen wie Keramik auf der Basis von Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titankarbid, Wolframkarbid, legierten und wärmebehandelten Stahl u.ä. gefertigt werden als auch aus weichen zusammengesetzten Friktionswerkstoffen auf der Basis von wärmereaktiven Plasten mit festen Füllstoffen. Die Auswahl des Oszillatorwerkstoffes ist schwieriger, da der Oszillator aus piezoaktiven Material gefertigt werden muß. Direkt als Werkstoff für den Friktionskontakt ist nur eine begrenzte Zahl von piezoaktiven Werkstoffen einsetzbar. Das sind Quarz, einige andere Monokristalle und Bariumtitanat. Quarz hat einen sehr kleinen Piezomodul, was seine Verwendung einschränkt. Bariumtitanat besitzt einen niedrigen Curie-Punkt, was einem Einsatz in einem großen Temperaturbereich widerspricht. Die Frage des Einsatzes eines breiten Spektrums von Piezokeramik im erfindungsgemäßen Motor ist dadurch gelöst worden, daß die Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 mit einer dünnen abriebfesten Schicht versehen ist, die dem Friktionsverschleiß des Oszillators 2 entgegenwirkt und gleichzeitig den Reibungskoeffizienten der Funktionsfläche 5 bestimmt. Der Werkstoff für die Friktionsschicht 5 muß folgenden Forderungen entsprechen. Er muß widerstandsfähig gegenüber dem Friktionsverschleiß aufgrund der Friktionswirkung Oszillator-Rotormotor sein; er muß eine feste, z. B. chemische Verbindung, mit der Piezokeramik eingehen. Er muß außerdem widerstandsfähig gegenüber starken Ultraschallfeldern sein.The piezoelectric motor according to the invention is based on a frictional contact between the oscillator 2 and the rotor 6 , ie the surfaces which act on one another are subject to frictional wear. The degree of wear of these surfaces determines the service life (service life) of the motor and depends on the wear resistance of the materials used for the friction pairing of the functional surface 5 of the oscillator 2 and the surface of the rotor 6 . The selection of the rotor material does not pose any particular problems. It can be made of very hard materials such as ceramics based on aluminum oxide, zirconium oxide, titanium carbide, tungsten carbide, alloyed and heat-treated steel and the like. are manufactured as well as from soft composite friction materials on the basis of heat-reactive plastics with solid fillers. The choice of the oscillator material is more difficult because the oscillator has to be made from piezoactive material. Only a limited number of piezoactive materials can be used directly as a material for friction contact. These are quartz, some other monocrystals and barium titanate. Quartz has a very small piezo module, which limits its use. Barium titanate has a low Curie point, which contradicts use in a wide temperature range. The question of the use of a wide spectrum of piezoceramic in the motor according to the invention has been solved in that the functional surface 5 of the oscillator 2 is provided with a thin, abrasion-resistant layer which counteracts the frictional wear of the oscillator 2 and at the same time determines the friction coefficient of the functional surface 5 . The material for the friction layer 5 must meet the following requirements. It must be resistant to friction wear due to the friction effect of the oscillator rotor motor; he must have a fixed, e.g. B. chemical compound with the piezoceramic. It must also be resistant to strong ultrasonic fields.

In der Fig. 17 (Positionen 55, 56, 57, 58, 59 ) sind einige Varianten einer abriebfesten Schicht 60 des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors dargestellt. Betrachten wir diese Varianten näher. Die abriebfeste Schicht kann ein 0,1-0,3 mm dünner, aus Oxidkeramik (Basis Aluminiumoxid oder anderer Werkstoff) gefertigter Ring 61 sein, der auf den piezoelektrischen Oszillator 2 mit einem Material, das eine chemische Verbindung mit der Oxidkeramik und der Piezokeramik eingeht, z. B. Glas, geklebt ist. Ein solches Glas muß eine ausreichende Menge Bleioxid enthalten. In der Position 56 (Fig. 17) ist eine Variante einer abriebfesten Schicht 60 dargestellt, welche im gegebenen Fall eine dünne Schicht eines harten abriebfesten und auf die Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 aufgetragenen Glases darstellt. Das Glas wird vor der Polarisation auf den Oszillator 2 aufgebracht. Damit das Glas bei der Abkühlung nicht splittert, muß es entsprechend dem Temperaturausdehnungskoeffizienten ausgewählt werden, und zwar so, daß dieser Koeffizient sich nicht um mehr als 5% vom Temperaturausdehnungskoeffizienten der Piezokeramik unterscheidet. Solche Schichten werden für Motoren kleiner Leistung eingesetzt.In the Fig. 17 (positions 55, 56, 57, 58, 59), some variants of a wear-resistant layer 60 are illustrated of the piezoelectric motor of the present invention. Let us take a closer look at these variants. The abrasion-resistant layer can be a 0.1-0.3 mm thin ring 61 made of oxide ceramic (based on aluminum oxide or other material), which rings onto the piezoelectric oscillator 2 with a material that chemically bonds with the oxide ceramic and the piezoceramic , e.g. B. glass is glued. Such a glass must contain a sufficient amount of lead oxide. Position 56 ( FIG. 17) shows a variant of an abrasion-resistant layer 60 , which in the given case represents a thin layer of hard, abrasion-resistant glass and applied to the functional surface 5 of the oscillator 2 . The glass is applied to the oscillator 2 before polarization. So that the glass does not splinter when it cools, it must be selected in accordance with the coefficient of thermal expansion in such a way that this coefficient does not differ by more than 5% from the coefficient of thermal expansion of the piezoceramic. Such layers are used for low-power engines.

Die Verwendung einer Friktionsschicht aus reinen Glas hat den Nachteil, das die Gläser einen sehr kleinen Reibungskoeffizienten haben. Zur Erhöhung des Reibungskoeffizienten kann das Glas mit einem Pulver 62 aus einem abrasiven Materials versetzt werden (Position 57 der Fig. 17). Als abrasiver Füllstoff können Pulver aus Aluminiumoxid, Titankarbid, Titanitrid o. ä. verwendet werden. In einer solchen Ausführungsvariante kann der Wellenwiderstand der Friktionsschicht 60 genau ausgewählt werden, was sie für die Ultraschallwellen nicht unterscheidbar macht, d. h. die Sicherheit der Verbindung wird erhöht und damit die Leistung des Motors gesteigert.The use of a friction layer made of pure glass has the disadvantage that the glasses have a very low coefficient of friction. To increase the coefficient of friction, the glass can be mixed with a powder 62 made of an abrasive material (position 57 in FIG. 17). Powders made of aluminum oxide, titanium carbide, titanium nitride or the like can be used as the abrasive filler. In such an embodiment variant, the wave resistance of the friction layer 60 can be selected precisely, which makes it indistinguishable from the ultrasound waves, ie the security of the connection is increased and thus the performance of the motor is increased.

Besonders feste Friktionsschichten für piezokeramische Leistungsmotoren im Schrittbetrieb können aus poröser Oxidkeramik, angefüllt mit einen, eine Verbindung mit der Piezokeramik des Oszillators 2 eingehenden Material, hergestellt werden. Eine solche Friktionsschicht 60 zeigt die Position 58, Fig. 17. Gut für dieses Ziel ist eine poröse Aluminiumoxidkeramik geeignet, deren Poren mit einem leichtschmelzenden und eine chemische Verbindung mit der Piezokeramik des Oszillators 2 eingehenden Glas aufgefüllt werden.Particularly firm friction layers for piezoceramic power motors in stepping mode can be produced from porous oxide ceramics, filled with a material that is connected to the piezoceramic of the oscillator 2 . Such a friction layer 60 is shown in position 58 , FIG. 17. A porous aluminum oxide ceramic is well suited for this purpose, the pores of which are filled with a low-melting glass and a chemical connection with the piezoceramic of the oscillator 2 .

In der Fig. 17, Position 59 ist eine Ausführungsvariante der Friktionsschicht 60 als Doppelschichtstruktur mit einer Grundschicht 63 und einer Zwischenschicht 64 abgebildet. In dieser Variante bestimmt die Grundschicht die Friktionseigenschaften der Funktionsfläche 5, und die Zwischenschicht 64 bildet eine feste Verbindung zwischen Piezokeramik und Oszillator 2. Es technologisch sinnvoll, die Zwischenschicht 64 als Metallschicht aufzutragen, die gleichzeitig die Struktur der Elektroden 15, 16 des Oszillators 2 bildet. Eine solche Deckschicht kann durch chemisches Abscheiden von Nickel, durch Sputtern von Nickel, Tantal oder eines anderen Materials mittels Ionenimplantation erzeugt werden. Die Grundschicht 63 aus Chrom oder einen anderen festen Materials kann auf die Zwischenschicht 64 im Bereich des Friktionskontaktes mittels chemischen oder elektrochemischen Verfahrens aufgetragen werden. Die vorgeschlagene Erfindung kann auch andere geeignete Verfahren zur Bildung der Friktionsschicht 60 nutzen. FIG. 17, position 59 shows an embodiment variant of the friction layer 60 as a double layer structure with a base layer 63 and an intermediate layer 64 . In this variant, the base layer determines the friction properties of the functional surface 5 , and the intermediate layer 64 forms a firm connection between the piezoceramic and the oscillator 2 . It makes technological sense to apply the intermediate layer 64 as a metal layer, which at the same time forms the structure of the electrodes 15 , 16 of the oscillator 2 . Such a cover layer can be produced by chemical deposition of nickel, by sputtering of nickel, tantalum or another material by means of ion implantation. The base layer 63 made of chromium or another solid material can be applied to the intermediate layer 64 in the area of the frictional contact by means of a chemical or electrochemical method. The proposed invention can also use other suitable methods for forming the friction layer 60 .

Jede Variante des Oszillators 2 für den erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motor enthält eine Anzahl von Wanderwellengeneratoren 4, die praktisch sein gesamtes Volumen ausfüllen. Diese Generatoren legen die Struktur der Elektroden 15, 16 auf der Oberfläche des Wellenleiters 3 des Oszillators 2 fest. Fig. 18 zeigt die wichtigsten Ausführungsvarianten für die Elektroden 15, 16. In der Position 65 ist ein Oszillator 2 mit einem Generator 4 und nachfolgend drei Gruppen von Elektroden 15, 16 abgebildet. Jede dieser Elektrodengruppe bildet einen Stehwellengenerator 9, 10, 11 (Fig. 1). Position 66 zeigt einen Oszillator 2 als kurzen Zylinder. Dieser Oszillator verfügt über vier Wanderwellengeneratoren 4. Alle Elektroden 15 dieses Oszillators bilden nach außen eine gemeinsame Elektrode. Die getrennten Elektroden 16 befinden sich auf der Innenfläche des Oszillators 2. In der Position 67 ist der Oszillator 2 als Ring mit auf seinen ebenen Flächen angeordneten Elektroden 15, 16 abgebildet. Die Position 68 stellt eine Ausführungsvariante des Oszillators 2 mit streifenförmigen Elektroden 15, 16 auf der Außenfläche vor. Ein solcher Oszillator 2 besitzt eine Längspolarisation der Oberfläche des Wellenleiters 3 und kann bei Anregung des Oszillators mit hoher Spannung eingesetzt werden. In dieser Ausführungsvariante hat der Oszillator 2 keine Elektroden auf seiner Innenfläche. Alle Elektroden 16 dieses Oszillators sind parallel geschaltet und bilden die gemeinsamen Elektroden für die Stehwellengeneratoren 9, 10, 11. Folglich gehört jede der Elektroden 15 zu einem der Generatoren 9, 10, 11. Position 69 der Fig. 18 zeigt einen abgewickelten Oszillator 2 mit einer Variante für die Elektroden 15, 16, bei der alle Verbindungen zwischen den Elektroden als leitende Linien 70 ausgeführt sind. Eine solche Struktur kann auf photochemischen Wege hergestellt werden.Each variant of the oscillator 2 for the piezoelectric motor according to the invention contains a number of traveling wave generators 4 , which practically fill its entire volume. These generators define the structure of the electrodes 15 , 16 on the surface of the waveguide 3 of the oscillator 2 . Fig. 18 shows the most important variants for the electrodes 15, 16. In position 65 , an oscillator 2 with a generator 4 and subsequently three groups of electrodes 15 , 16 is shown. Each of these electrode groups forms a standing wave generator 9 , 10 , 11 ( FIG. 1). Position 66 shows an oscillator 2 as a short cylinder. This oscillator has four traveling wave generators 4 . All electrodes 15 of this oscillator form a common electrode on the outside. The separate electrodes 16 are located on the inner surface of the oscillator 2 . In position 67 , the oscillator 2 is shown as a ring with electrodes 15 , 16 arranged on its flat surfaces. Position 68 presents an embodiment variant of oscillator 2 with strip-shaped electrodes 15 , 16 on the outer surface. Such an oscillator 2 has a longitudinal polarization of the surface of the waveguide 3 and can be used when the oscillator is excited with a high voltage. In this embodiment variant, the oscillator 2 has no electrodes on its inner surface. All electrodes 16 of this oscillator are connected in parallel and form the common electrodes for the standing wave generators 9 , 10 , 11 . Consequently, each of the electrodes 15 belongs to one of the generators 9 , 10 , 11 . Position 69 of FIG. 18 shows a developed oscillator 2 with a variant for the electrodes 15 , 16 , in which all connections between the electrodes are designed as conductive lines 70 . Such a structure can be produced by photochemical means.

Die vorgeschlagene Erfindung sieht eine besondere Konfiguration für die Elektroden jedes Stehwellengenerators 9, 10, 11 vor (Fig. 19, Position 71). In dieser Ausführungsvariante haben die Elektroden 15, 16 die Höhe c, die etwa gleich der halben Höhe h des Oszillators 2 ist. In diesem Fall wird gleichzeitig mit der Longitudinalwelle 500 eine elastische Welle 700 erzeugt. Das Amplitudenverhältnis von Longitudinalwelle und elastischer Welle kann durch Ändern der Höhe der Elektroden 15, 16 verändert werden. Die Länge der elastischen Welle hängt von der Oszillatorhöhe h ab. Durch Variation der Höhe c der Elektroden 15, 16 und der Höhe h des Oszillators 2 können solche Werte eingestellt werden, bei denen die Amplitude und die Länge der elastischen Welle gleich der Amplitude und der Länge der Longitudinalwelle ist, siehe Wellendiagramm der Fig. 19. Bei gleichzeitiger Erzeugung dieser zwei Wellen im Oszillator 2 überlagern sich die von ihnen bedingten Verformungen. Fig. 19 zeigt ein Bild der Gesamtverformung des Oszillators 2. Daraus ist erkennbar, daß die Amplitude der überlagerten Welle der Funktionsfläche 5 gleich der doppelten Amplitude der Longitudinalwelle ist und daß auf der Stirnfläche 7 sich die Längs- und die elastischen Verformungen gegenseitig kompensieren, d. h. diese Stirnfläche 7 wird nicht verformt, es entsteht keine Welle. Offensichtlich ist, daß bei Erzeugung von drei Stehwellen im Oszillator 2 durch die drei Generatoren 9, 10, 11 (Position 72, Fig. 20), analog zu dem in Position 71, Fig. 19 dargestellten Generator, im Oszillator 2 eine unsymmetrische Wanderwelle erzeugt wird, und zwar so, wie in Fig. 20 dargestellt. Diese Welle verformt die Funktionsfläche 5, die Stirnfläche 7 wird dabei nicht verformt. In dieser Variante eines piezoelektrischen Motors wird die Energie des Oszillators 2 nicht von der schallisolierenden Unterlage 8 aufgenommen. Deshalb haben solche Motoren einen potentiell höheren Wirkungsgrad.The proposed invention provides a special configuration for the electrodes of each standing wave generator 9 , 10 , 11 ( FIG. 19, position 71 ). In this embodiment variant, the electrodes 15 , 16 have the height c, which is approximately equal to half the height h of the oscillator 2 . In this case, an elastic wave 700 is generated simultaneously with the longitudinal wave 500 . The amplitude ratio of the longitudinal wave and the elastic wave can be changed by changing the height of the electrodes 15 , 16 . The length of the elastic wave depends on the oscillator height h. By varying the height c of the electrodes 15 , 16 and the height h of the oscillator 2 , values can be set in which the amplitude and the length of the elastic wave are equal to the amplitude and the length of the longitudinal wave, see wave diagram of FIG. 19. When these two waves are generated simultaneously in the oscillator 2 , the deformations caused by them overlap. Fig. 19 shows an image of the overall deformation of the oscillator 2. From this it can be seen that the amplitude of the superimposed wave of the functional surface 5 is equal to twice the amplitude of the longitudinal wave and that the longitudinal and elastic deformations compensate each other on the end face 7 , that is to say this end face 7 is not deformed, no wave is produced. It is obvious that when three standing waves are generated in the oscillator 2 by the three generators 9 , 10 , 11 (position 72 , FIG. 20), analogously to the generator shown in position 71 , FIG. 19, an asymmetrical traveling wave is generated in the oscillator 2 becomes, as shown in Fig. 20. This wave deforms the functional surface 5 , the end surface 7 is not deformed. In this variant of a piezoelectric motor, the energy of the oscillator 2 is not absorbed by the sound-insulating base 8 . Therefore, such motors have a potentially higher efficiency.

Die vorgeschlagene Erfindung sieht verschiedene Varianten zur Ansteuerung der Stehwellengeneratoren 9, 10, 11 mittels der Erregerquellen 17, 18, 19 vor. In der Fig. 21 (Positionen 73, 74, 75) sind die das allgemeine Erregerprinzip illustrierenden Schaltungen zur Verbindung der Erregerquellen 17, 18, 19 mit den Generatoren 9, 10, 11 dargestellt.The proposed invention provides different variants for controlling the standing wave generators 9 , 10 , 11 by means of the excitation sources 17 , 18 , 19 . In the Fig. 21 (positions 73, 74, 75), the general principle of exciting illustrative circuits for connection of the excitation sources 17, 18, 19 shown with the generators 9, 10, 11.

Die Schaltung nach Position 73 veranschaulicht die Fremderregung der Generatoren 9, 10, 11 durch die Quellen 17, 18, 19. Es ist offensichtlich, daß diese Schaltung in das Schaltbild nach Position 74 umgewandelt werden kann, wo alle Anschlüsse 21 der Quellen 17, 18, 19 in einem Sammelleiter 76 vereinigt sind und alle Elektroden 15 der Generatoren 9, 10, 11 durch eine gemeinsame Elektrode 77 ersetzt sind. Der Sammelleiter 76 und die gemeinsame Elektrode 77 sind über einen Verbindungsleiter 78 miteinander verbunden. Eine solche Abwandlung ändert das allgemeine Erregerprinzip nicht, läßt aber eine Vereinfachung der Schaltung zu. Außerdem kann man, da die Quellen 17, 18, 19 in Amplitude und Frequenz gleiche elektrische Spannungen, die zueinander in der Phase um 2/3 π (120°) verschoben sind, bereitstellen, und da die elektrischen Widerstände der Generatoren 9, 10, 11 untereinander gleich sind, fließt folglich durch den Verbindungsleiter 78 kein Strom und man kann ihn gemäß Position 75 ausschließen. Das bedeutet, daß die gemeinsame Elektrode 77 keinen elektrischen Anschluß zu haben braucht. In der praktischen Realisierung der vorgeschlagenen Erfindung ist es bei Fremderregung der Generatoren 9, 10, 11 schwierig, auf einfache Weise einen Synchron- und In-Phase-Betrieb der Erregerquellen 17, 18, 19 zu gewährleisten. Deshalb sieht die erfindungsgemäße Ausführung eine Selbsterregung vor, die am Wesen der Erfindung nichts ändert. Bei einer Selbsterregung der Generatoren 9, 10, 11 stellt die Erregerquelle 17 des Grundgenerators 9 die Quelle für das Stützerregersignal dar und die Erregerquellen 18, 19 dienen faktisch zur Phasendrehung und zur Verstärkung dieses Signals.The circuit according to position 73 illustrates the external excitation of the generators 9 , 10 , 11 by the sources 17 , 18 , 19 . It is obvious that this circuit can be converted into the circuit diagram according to position 74 , where all connections 21 of the sources 17 , 18 , 19 are combined in a bus 76 and all electrodes 15 of the generators 9 , 10 , 11 by a common electrode 77 are replaced. The busbar 76 and the common electrode 77 are connected to one another via a connecting conductor 78 . Such a modification does not change the general excitation principle, but allows the circuit to be simplified. In addition, since the sources 17 , 18 , 19 in amplitude and frequency have the same electrical voltages, which are mutually shifted in phase by 2/3 π (120 °), and since the electrical resistances of the generators 9 , 10 , 11 are identical to one another, consequently no current flows through the connecting conductor 78 and it can be excluded according to position 75 . This means that the common electrode 77 need not have an electrical connection. In the practical implementation of the proposed invention, when the generators 9 , 10 , 11 are externally excited, it is difficult to easily ensure synchronous and in-phase operation of the excitation sources 17 , 18 , 19 . The embodiment according to the invention therefore provides for self-excitation which does not change the essence of the invention. When the generators 9 , 10 , 11 self-excite, the excitation source 17 of the basic generator 9 is the source for the auxiliary excitation signal and the excitation sources 18 , 19 serve in fact for phase rotation and for amplifying this signal.

Die elektrische Schaltung einer solchen erfindungsgemäßen Variante ist in Fig. 22 dargestellt. In dieser Ausführungsvariante schließt die Erregerquelle 17 einen Generator 79 für das elektrische Stützsignal und einen Leistungsverstärker 80 ein, und die Quellen 18, 19 schließen Phasendrehglieder 81, 82 und Pufferverstärker 83, 84 mit ein. Außerdem können die Quellen 18, 19 Vorrichtungen 85, 86 zur Umpolung des Phasenwinkels enthalten.The electrical circuit of such a variant according to the invention is shown in FIG. 22. In this embodiment, the excitation source 17 includes a generator 79 for the electrical support signal and a power amplifier 80 , and the sources 18 , 19 include phase rotators 81 , 82 and buffer amplifiers 83 , 84 . In addition, the sources 18 , 19 can contain devices 85 , 86 for reversing the polarity of the phase angle.

Eine solche Ausführungsvariante arbeitet nach folgenden Prinzip. Der Generator 79 für das Stützsignal stellt ein elektrisches Signal bereit, dessen Frequenz gleich der mechanischen Resonanzfrequenz f₀ des Oszillators 2 ist. Dieses Signal gelangt auf den Verstärker 80 und auf die Phasendrehglieder 81, 82 der Quellen 18, 19. Die Phasendrehglieder drehen die Phase des Signals jeweils um ±2/3 π (±120°).Such an embodiment variant works according to the following principle. The generator 79 for the support signal provides an electrical signal whose frequency is equal to the mechanical resonance frequency f₀ of the oscillator 2 . This signal arrives at the amplifier 80 and at the phase rotators 81 , 82 of the sources 18 , 19 . The phase rotators each change the phase of the signal by ± 2/3 π (± 120 °).

Von den Phasendrehgliedern 81, 82 wird das Signal jeder Quelle 18, 19 auf die Vorrichtungen 85, 86 zur Umpolung des Phasenwinkels gegeben. Danach werden die Signale durch die Verstärker 83 und 84 verstärkt. Die durch die Verstärker 80, 83 und 84 verstärkten drei Signale werden als Erregerspannungen der Quellen 17, 18, 19 auf die entsprechenden Stehwellengeneratoren 9, 10, 11 gegeben.The signal from each source 18 , 19 is passed from the phase rotators 81 , 82 to the devices 85 , 86 for reversing the polarity of the phase angle. The signals are then amplified by amplifiers 83 and 84 . The three signals amplified by the amplifiers 80 , 83 and 84 are applied to the corresponding standing wave generators 9 , 10 , 11 as excitation voltages of the sources 17 , 18 , 19 .

Das Frequenzdiagramm 42 (Fig. 15) des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors ist stetig, d. h. hat keine Punkte mit instabilen Zuständen. Deshalb kann sich die Frequenz des Steuergenerators 79 in einem beliebigen Bereich dieses Diagramms befinden. Bei Bedarf ist es deshalb möglich, durch Verändern der Erregerfrequenz die Drehfrequenz des Rotors 6 zu ändern. Mit Hilfe der Vorrichtungen 85, 86 kann durch Umschalten der Phase der Signale von den Quellen 18, 19 in die jeweilige Gegenrichtung (um ±120° bezogen auf die Phasenlage des Signals der Quelle 17), die Drehrichtung des Rotors umgekehrt werden.The frequency diagram 42 ( FIG. 15) of the piezoelectric motor according to the invention is continuous, ie has no points with unstable states. Therefore, the frequency of the control generator 79 can be in any region of this diagram. If necessary, it is therefore possible to change the rotational frequency of the rotor 6 by changing the excitation frequency. With the aid of the devices 85 , 86 , the direction of rotation of the rotor can be reversed by switching the phase of the signals from the sources 18 , 19 in the opposite direction (by ± 120 ° with respect to the phase position of the signal from the source 17 ).

In Fig. 23 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Motors mit einem Steuergenerator 79 als frequenzgesteuerter Autogenerator abgebildet. In einer solchen Ausführungsvariante kann die Drehfrequenz des Rotors 6 durch Ändern der Steuerspannung U_R, d. h. durch Ändern der Erregerspannung des Steuergenerators 79, geändert werden. FIG. 23 shows an embodiment variant of the motor according to the invention with a control generator 79 as a frequency-controlled auto generator. In such an embodiment variant, the rotational frequency of the rotor 6 can be changed by changing the control voltage U _R , ie by changing the excitation voltage of the control generator 79 .

Für viele Verwendungsfälle der vorgeschlagenen Erfindung ist es sinnvoll, daß, wegen aller destabilisierenden Einwirkungen, die Arbeitsfrequenz des Motors gleich oder im wesentlichen gleich der mechanischen Resonanzfrequenz f₀ des Oszillators 2 ist. Eine solche Ausführungsvariante ist in Fig. 24 zu sehen. Entsprechend dieser Variante enthält der erfindungsgemäße Motor zusätzlich einen positiven Rückkopplungszweig 87 mit einem Eingang 88, einem Filter 89, einer Phasenschieberkette 90 und einem Verstärker 91. Außerdem enthält die Ausführungsvariante ein in Reihe mit dem Grundgenerator 9 geschaltetes Impedanzelement 92, die Erregerquelle 17, die in diesem Fall nur den Verstärker 80 enthält. Der Eingang 88 des Rückkopplungszweiges 87 ist über einen Leiter 880 mit den Elektroden 15, 16 des im Grundgenerator 9 enthaltenen Impedanzelementes 92 verbunden. Fig. 24 zeigt strichliniert eine zweite Verbindungsmöglichkeit 881. Der Ausgang des Rückkopplungszweiges 87 ist mit dem Pufferverstärker 80 der Quelle 17 verbunden.For many uses of the proposed invention, it makes sense that, because of all destabilizing effects, the working frequency of the engine is the same or substantially the same as the mechanical resonance frequency f₀ of the oscillator 2 . Such an embodiment variant can be seen in FIG. 24. According to this variant, the motor according to the invention additionally contains a positive feedback branch 87 with an input 88 , a filter 89 , a phase shifter chain 90 and an amplifier 91 . In addition, the embodiment variant contains an impedance element 92 , the excitation source 17 , which is connected in series with the basic generator 9 and in this case contains only the amplifier 80 . The input 88 of the feedback branch 87 is connected via a conductor 880 to the electrodes 15 , 16 of the impedance element 92 contained in the basic generator 9 . Fig. 24 shows in dashed lines a second connection possibility 881st The output of the feedback branch 87 is connected to the buffer amplifier 80 of the source 17 .

Für das Impedanzelement gibt es mehrere Ausführungsvarianten. Es kann ein Widerstand R, eine Induktivität L oder ein Kondensator C sein.There are several design variants for the impedance element. It can a resistor R, an inductor L or a capacitor C.

Insgesamt stellt die betrachtete Variante einen elektromechanischen Autogenerator dar, der auf der mechanischen Resonanzfrequenz f₀ des Oszillators 2 angeregt wird. Realisiert wird der Autogenerator durch den Grundgenerator 9 und seine Erregerquelle 17 mit dem zusätzlichen Rück kopplungszweig 87, die eine geschlossene elektromechanische Kette bilden. Zur Erregung dieser Kette auf der mechanischen Resonanzfrequenz f₀ des Oszillators 2, wird das Phasendiagramm 43 (Fig. 15) des erfindungsgemäßen Motors verwendet, welches bei oder in der Nähe der Frequenz f₀ einen Nulldurchgang hat.Overall, the variant under consideration represents an electromechanical auto-generator that is excited at the mechanical resonance frequency f₀ of the oscillator 2 . The auto generator is realized by the basic generator 9 and its excitation source 17 with the additional feedback branch 87 , which form a closed electromechanical chain. To excite this chain at the mechanical resonance frequency f₀ of the oscillator 2 , the phase diagram 43 ( FIG. 15) of the motor according to the invention is used, which has a zero crossing at or near the frequency f₀.

Die o.g. geschlossene elektromechanische Kette wird so ausbalanciert, daß ihr Verstärkungsfaktor bei der Frequenz f₀ größer als eins ist und die Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal bei dieser Frequenz an jeder Unstetigkeitsstelle der Kette gleich Null ist. Dabei wird der Verstärkungsfaktor durch die Verstärker 80, 81 und die Phasenverschiebung durch die Phasenschieberkette 90 vorgegeben. Die Größe der Phasenverschiebung des Signals hängt davon ab, welches Bauelement als Impedanzelement 92 eingesetzt wird. Falls ein Widerstand verwendet wird, muß die Phasenverschiebung nur korrigierend sein und kann im Bereich ± 10° liegen, falls ein Kondensator C verwendet wird, befindet sie sich im Bereich von +90° und falls es eine Induktivität ist, liegt sie bei -90°. The above-mentioned closed electromechanical chain is balanced so that its amplification factor at the frequency f₀ is greater than one and the phase shift between the input and output signals at this frequency is zero at each point of discontinuity in the chain. The gain factor is predetermined by the amplifiers 80 , 81 and the phase shift by the phase shifter chain 90 . The size of the phase shift of the signal depends on which component is used as the impedance element 92 . If a resistor is used, the phase shift need only be corrective and can be in the range of ± 10 °, if a capacitor C is used, it is in the range of + 90 ° and if it is an inductor it is -90 ° .

Fig. 25 zeigt eine Ausführungsvariante mit einem Stromwandler 93 im Eingangskreis des Rückkopplungszweiges 87. Diese Variante vereinfacht die Schaltung des elektromechanischen Autogenerators für den Fall, daß der Ausgang der Elektrode 77 fehlt. Insgesamt funktioniert die Vorrichtung analog zur oben betrachteten (Fig. 24). Fig. 25 shows an embodiment with a current transformer 93 in the input circuit of the feedback branch 87th This variant simplifies the circuit of the electromechanical auto generator in the event that the output of the electrode 77 is missing. Overall, the device functions analogously to that considered above ( FIG. 24).

In einigen Anwendungsfällen, in denen es unbedingt erforderlich ist, die Erregerspannung U₁ (U₂, U₃) genauer auf die mechanische Resonanzfrequenz f₀ des Oszillators 2 abzustimmen, kann eine Variante verwendet werden, die eine zusätzliche Rückkopplungselektrode 95 enthält (Fig. 26, Position 94). Diese Elektrode 95 befindet sich am Ort des Maximums der mechanischen Spannungen der Stehwelle des Grundgenerators 9. Es sind zwei Funktionsweisen der Elektrode 95 möglich, nämlich Leerlauf und Kurzschlußbetrieb. Im Leerlauf stellt die Elektrode 95 keinen Widerstand für die elektrische Last dar. Bei Erregung des Generators 17 wird aufgrund des direkten piezoelektrischen Effektes auf der Elektrode 95 eine der mechanischen Spannung der Stehwelle des Grundgenerators 9 proportionale Spannung gebildet. Im Kurzschlußbetrieb der Elektrode 95 mit der gemeinsamen Elektrode 77 fließt auf Grund des niedrigen Widerstandswertes ein Kurzschlußstrom. Dieser Strom ist proportional zur mechanischen Spannung der Stehwelle des Grundgenerators 9. Für den elektromechanischen Autogenerator mit der Rückkopplungselektrode 95 werden die Frequenzdiagramme 96 und Phasendiagramme 97 und 98 der Leerlaufspannung U_S und des Leerlaufstroms I_S entsprechend den Positionen 96, 97 und 98 verwendet.In some applications in which it is absolutely necessary to tune the excitation voltage U 1 (U 2 , U 3) more precisely to the mechanical resonance frequency f₀ of the oscillator 2 , a variant can be used which contains an additional feedback electrode 95 ( FIG. 26, position 94 ) . This electrode 95 is located at the location of the maximum of the mechanical stresses of the standing wave of the basic generator 9 . Two modes of operation of the electrode 95 are possible, namely idling and short-circuit operation. When idling, the electrode 95 does not represent a resistance to the electrical load. When the generator 17 is excited, a voltage proportional to the mechanical tension of the standing wave of the basic generator 9 is formed on the electrode 95 due to the direct piezoelectric effect. In the short-circuit operation of the electrode 95 with the common electrode 77 , a short-circuit current flows due to the low resistance value. This current is proportional to the mechanical tension of the standing wave of the basic generator 9 . For the electromechanical autogenerator with the feedback electrode 95 , the frequency diagrams 96 and phase diagrams 97 and 98 of the open circuit voltage U _S and the open circuit current I _S corresponding to positions 96 , 97 and 98 are used.

Fig. 27 zeigt eine Variante des elektromechanischen Autogenerators mit der Rückkopplungselektrode 95. Die Funktion der Elektrode 95 wird durch einen Widerstand 99 vorgegeben. Die Vorrichtung wird über den Verstärkungsfaktor der Rückkopplung und über die Phasenverschiebung analog zu Fig. 24 ausbalanciert. Fig. 27 shows a variant of the electro-mechanical generator car with the feedback electrode 95. The function of the electrode 95 is predetermined by a resistor 99 . The device is balanced via the gain factor of the feedback and via the phase shift analogously to FIG. 24.

Die vorgeschlagene Erfindung sieht auch die Verwendung eines piezoelektrischen Motors im Schrittbetrieb mit minimaler Start- und Stopzeit vor. Dafür ist im Rückkopplungszweig 87 (Fig. 28) ein Schalter 100 mit einem Steuereingang 101 vorgesehen, der den Stromkreis ein- und ausschaltet. Beim Ausschalten unterbricht oder schließt der Schalter 100 den Signalstromkreis der Rückkopplung kurz. In beiden Fällen wird die Ansteuerung des elektromechanischen Autogenerators bei minimaler Stopzeit des Motors unterbrochen. Beim Einschalten des Rückkopplungs zweiges 87 mittels des Schalters 100 wird der Autogenerator beschleunigt gestartet. Die Steuerung durch den Schalter 100 und folglich auch des Schrittbetriebs erfolgt mit einer Impulssteuerspannung U_I beliebiger Dauer.The proposed invention also provides for the use of a piezoelectric motor in step mode with a minimal start and stop time. For this purpose, a switch 100 with a control input 101 is provided in the feedback branch 87 ( FIG. 28), which switches the circuit on and off. When turned off, switch 100 shorts or shorts the feedback signal circuit. In both cases, the control of the electromechanical auto generator is interrupted with a minimal engine stop time. When the feedback branch 87 is switched on by means of the switch 100 , the auto generator is started accelerated. The control by the switch 100 and consequently also the stepping mode is carried out with a pulse control voltage U _{I of} any duration.

Im folgenden werden einige mechanische und elektrische konstruktive Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors beschrieben.The following are some mechanical and electrical constructive ones Embodiments of the piezoelectric motor according to the invention described.

In den Fig. 29 und 30 ist eine Variante des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors mit einem in seiner Längsachse X-X gestreckten Oszillator 2 und mit einem (oder zwei) Wanderwellengenerator(en) abgebildet. Der Motor besteht aus einem Stator 1 mit dem Oszillator 2, der gleichzeitig den Wellenleiter 3 für die Longitudinalwanderwelle bildet. Der Oszillator 2 ist auf einem Grundkörper 102 frei beweglich angeordnet. Wenn der Grundkörper 102 aus Metall gefertigt ist, muß zwischen diesem und dem Oszillator 2 eine Isolierunterlage 103 vorhanden sein, die einen Kurzschluß der Elektrode 16 (77) mit dem Stator 1 des Motors verhindert. Mit seiner funktionsfreien Stirnfläche 7 stützt sich der Oszillator 2 auf der schallisolierenden Unterlage 8 ab. An die Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 wird der Rotor 6, der über eine elastische Buchse 105 mit einer Motorachse 106 verbunden ist, mit Hilfe einer Feder 104 angepreßt. Die Achse 106 ist durch Kugellager 107 so gelagert, daß sie sich längs ihrer Achse frei bewegen und damit den Anpreßdruck der Feder 104 auf den Rotor 6 übertragen kann.In Figs. 29 and 30 is depicted with a stretched in its longitudinal axis XX oscillator 2 and with one (or two) of the traveling wave generator (s), a variant of the piezoelectric motor of the present invention. The motor consists of a stator 1 with the oscillator 2 , which simultaneously forms the waveguide 3 for the longitudinal traveling wave. The oscillator 2 is arranged on a base body 102 such that it can move freely. If the base body 102 is made of metal, there must be an insulating pad 103 between it and the oscillator 2 , which prevents a short circuit of the electrode 16 (77) with the stator 1 of the motor. With its function-free end face 7 , the oscillator 2 is supported on the sound-insulating base 8 . The rotor 6 , which is connected to a motor axis 106 via an elastic bushing 105 , is pressed onto the functional surface 5 of the oscillator 2 by means of a spring 104 . The axis 106 is supported by ball bearings 107 so that they can move freely along their axis and thus can transmit the contact pressure of the spring 104 to the rotor 6 .

Bei Erzeugung einer Wanderwelle im Oszillator 2 überträgt die Funktionsfläche 5 des Oszillators 2 auf den Rotor 6 ein Drehmoment und veranlaßt ihn dadurch, sich zu drehen. Diese Drehung wird über die elastische Buchse 105 auf die Motorachse 106 übertragen. Beim Anlegen einer mechanischen Last auf die Achse 106, erzeugt der Oszillator 2 ein Drehmoment entgegengesetzt zum dem auf die Achse 106 und den Rotor 6 wirkenden Drehmoment. Da sich der Oszillator 2 mit seiner Stirnfläche 7 auf die schallisolierende Unterlage 8 abstützt, wird die Drehung des Oszillators 2 durch das Reibmoment zwischen Unterlage 8 und der Stirnfläche 7 verhindert. Dieses Reibmoment ist immer größer als das Drehmoment im Friktionskontakt des Motor, deshalb verharrt der Oszillator 2 in Ruhelage. Diese Motorvariante zeigt eine einfache Konstruktion, die eine schnelle Montage ermöglicht. Sie kann mit kleinen Abmessungen hergestellt werden. Da ihr Außendurchmesser nur 2-3 mm betragen kann, stellt sie eine ernste Konkurrenz zu herkömmlichen Elektromotoren dar.Upon generation of a traveling wave in the oscillator 2, the functional surface 5 transmits the oscillator 2 to the rotor 6, a torque and causing him to rotate. This rotation is transmitted to the motor shaft 106 via the elastic bushing 105 . When a mechanical load is applied to the axis 106 , the oscillator 2 generates a torque opposite to the torque acting on the axis 106 and the rotor 6 . Since the oscillator 2 is supported with its end face 7 on the sound-insulating base 8 , the rotation of the oscillator 2 is prevented by the frictional torque between the base 8 and the end face 7 . This friction torque is always greater than the torque in the friction contact of the motor, which is why the oscillator 2 remains in the rest position. This motor variant shows a simple construction that enables quick assembly. It can be made with small dimensions. Since its outer diameter can only be 2-3 mm, it represents serious competition for conventional electric motors.

Fig. 31 zeigt den erfindungsgemäßen Motor mit einem Ringoszillator 2, der einen ausreichend großen Durchmesser (größer 120 mm) und eine ausreichend große Funktionsfläche 5 (15-20 mm) besitzt. Im Oszillator 2 können mehr als zehn Wanderwellengeneratoren 4 untergebracht werden. Dadurch werden große Motorleistungen gewährleistet. Deshalb müssen bei dieser Ausführung der Grundkörper 102 und der Rotor 6 zur Ableitung der während des Motorbetriebs im Oszillator 2 entstehende Wärme über eine gute Wärmeleitfähigkeit verfügen. Für diese Zwecke ist Aluiminium und seine Legierungen vorteilhaft einsetzbar. In dieser Variante ist der Rotor 6 des Motors mit einer dünnen, die Friktionseigenschaften des Rotors 6 bestimmenden Friktionsschicht 600 versehen. Fig. 31 shows the engine according to the invention with a ring oscillator 2 which and a sufficient functional surface 5 has a sufficiently large diameter (120 mm larger) (15-20 mm). More than ten traveling wave generators 4 can be accommodated in the oscillator 2 . This ensures high engine performance. In this embodiment, the base body 102 and the rotor 6 must therefore have good thermal conductivity in order to dissipate the heat generated in the oscillator 2 during engine operation. Aluminum and its alloys can be used advantageously for these purposes. In this variant, the rotor 6 of the motor is provided with a thin friction layer 600 which determines the friction properties of the rotor 6 .

Die Fig. 32 und 33 zeigen einen piezoelektrischen Leistungsmotor. Dieser Motor hat einen uns den zwei Teilen 108 und 109 bestehenden Rotor. Das Teil 108 ist fest mit der Achse 106 verbunden. Das Teil 109 kann sich längs der Achse 106 bewegen. Beide Rotorteile werden an zwei konische Funktionsflächen 110 des zylindrischen Oszillators 2 mittels einer elastischen Unterlage 111 angepreßt, die wiederum durch eine Schraubenmutter 112 zwischen dem Teil 109 und einer Scheibe 113 gepreßt wird. Die elastische Unterlage 111 kann aus einem elastischen synthetischen Material wie z. B. Polyurithan gefertigt werden. Der Oszillator 2 dieses Motors ist in einem Gehäuse 114 untergebracht, das durch einen Bügel mit gestauchtem Bolzen darstellt ist. Der Motor hat keine Lager. Sein Rotor 108, 109 wird durch die konischen Funktionsflächen 110 des Oszillators 2 zentriert. Diese Konstruktion ermöglicht eine maximale Leistung des piezoelektrischen Motors. Diese Leistung wird nur durch die dynamische Festigkeit des piezokeramischen Oszillators 2 begrenzt. FIGS. 32 and 33 show a piezoelectric performance engine. This motor has a rotor consisting of two parts 108 and 109 . The part 108 is firmly connected to the axis 106 . The part 109 can move along the axis 106 . Both rotor parts are pressed against two conical functional surfaces 110 of the cylindrical oscillator 2 by means of an elastic base 111 , which in turn is pressed between the part 109 and a disk 113 by a screw nut 112 . The elastic pad 111 can be made of an elastic synthetic material such as. B. be made of polyurethane. The oscillator 2 of this motor is housed in a housing 114 , which is represented by a bracket with a compressed pin. The engine has no bearings. Its rotor 108 , 109 is centered by the conical functional surfaces 110 of the oscillator 2 . This construction enables maximum performance of the piezoelectric motor. This power is only limited by the dynamic strength of the piezoceramic oscillator 2 .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Aufbau eines noch leistungsstärkeren piezoelektrischen Motors, in dem ein metallischer Wellenleiter verwendet wird. Eine mögliche Variante eines solchen Motors ist in den Fig. 34 und 35 dargestellt. Er besteht aus dem Stator 1 und dem Oszillator 2 mit dem metallischen Wellenleiter 3. Der Wellenleiter 3 wird aus einem stabilen, wärmebehandelten Stahl gefertigt, was maximale mechanische Spannungen in Wellenleiter zuläßt. Diese sind für Stahl bedeutend größer als für die piezoelektrische Keramik. Ein solcher Motor ermöglicht deshalb maximale Leistungen pro Volumeneinheit des Wellenleiters.The present invention enables the construction of an even more powerful piezoelectric motor using a metallic waveguide. A possible variant of such a motor is shown in FIGS. 34 and 35. It consists of the stator 1 and the oscillator 2 with the metallic waveguide 3 . The waveguide 3 is made of a stable, heat-treated steel, which allows maximum mechanical stresses in the waveguide. These are significantly larger for steel than for piezoelectric ceramics. Such a motor therefore enables maximum outputs per unit volume of the waveguide.

Die Stehwellengeneratoren werden in der vorliegenden Konstruktion in Form eines Paketes von piezoelektrischen Wandlern 116 gefertigt, die durch Bolzen 117 zusammengepreßt werden. Sie werden koaxial zur Achse 106 und um den Wellenleiter 3 herum angeordnet und sind mit ihm mittels einer Lasche 118 verbunden.The standing wave generators in the present construction are manufactured in the form of a package of piezoelectric transducers 116 which are pressed together by bolts 117 . They are arranged coaxially to the axis 106 and around the waveguide 3 and are connected to it by means of a tab 118 .

Dieser Motor arbeitet folgendermaßen. Jede Paketgruppe von piezoelektrischen Wandlern 116, die einen Stehwellengenerator 9, 10, 11 bilden, erzeugt im Wellenleiter 3 seine Stehwelle 26, 27, 28 (Fig. 7). Die Überlagerung dieser Wellen ergibt die Wanderwelle 29, die den Rotor 6 dreht.This engine works as follows. Each packet group of piezoelectric transducers 116 , which form a standing wave generator 9 , 10 , 11 , generates its standing wave 26 , 27 , 28 in the waveguide 3 ( FIG. 7). The superposition of these waves results in the traveling wave 29 , which rotates the rotor 6 .

Diese Konstruktion des piezoelektrischen Motors mit piezoelektrischen Wandlerpaketen ermöglicht es, die mechanische Leistung des Motors durch Vergrößern der Paketzahl und entsprechend des Durchmessers des Wellenleiters unbegrenzt zu erhöhen. Jedes Paket mit einem Durchmesser von 30 mm hat eine Grenzwandlungsleistung von etwa 100 W. Bei dreißig Paketen auf dem Oszillator 2 und einem Wirkungsgrad des piezoelektrischen Motors von 30-40%, kann eine mechanische Leistung von etwa 100 W auf der Motorachse 106 erreicht werden.This construction of the piezoelectric motor with piezoelectric transducer packages makes it possible to increase the mechanical power of the motor indefinitely by increasing the number of packages and according to the diameter of the waveguide. Each package with a diameter of 30 mm has a limit conversion power of approximately 100 W. With thirty packages on the oscillator 2 and an efficiency of the piezoelectric motor of 30-40%, a mechanical power of approximately 100 W on the motor axis 106 can be achieved.

Entsprechend den Forderungen der konkreten Anwendung ermöglicht die Erfindung verschiedene Modifikationen für den piezoelektrischen Motor. Fig. 36 zeigt eine Variante eines für den Einsatz in speziellen optischen Systemen vorgesehen Motors. Der Motor hat eine große zentrale Öffnung 231. Der Rotor 6 wird mittels des Magnetrings 119, der wiederum vom magnetischen Gehäuse 120 angezogen wird, an den Oszillator 2 gepreßt. According to the requirements of the specific application, the invention enables various modifications for the piezoelectric motor. Fig. 36 shows a variant of an intended for use in special optical systems engine. The engine has a large central opening 231 . The rotor 6 is pressed onto the oscillator 2 by means of the magnetic ring 119 , which in turn is attracted by the magnetic housing 120 .

Die Erfindung umfaßt unterschiedliche Ausführungsvarianten der Erregerquellen 9, 10, 11 des Oszillators 2, von denen nachfolgend vier Varianten mit den wichtigsten Konstruktionselementen beschrieben werden.The invention comprises different design variants of the excitation sources 9 , 10 , 11 of the oscillator 2 , four variants of which are described below with the most important construction elements.

Fig. 37 zeigt die elektrische Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Motors, der nach dem Prinzip der Frequenzsteuerung die Drehgeschwindigkeit des Rotors regelt. Diese Schaltung entspricht den Blockschaltbildern nach den Fig. 22 und 23. Die Schaltung besteht aus der Quelle 17 des Grundgenerators 9, der den Steuergenerator 79 und den Leistungsverstärker 80 einschließt. Fig. 37 shows the electrical circuit principle of the motor according to the invention, which regulates the rotation speed of the rotor according to the principle of the frequency control. This circuit corresponds to the block diagrams according to FIGS. 22 and 23. The circuit consists of the source 17 of the basic generator 9 , which includes the control generator 79 and the power amplifier 80 .

Der Steuergenerator 79 ist nach dem Prinzip des Autogenerators mit Wien-Brücke aufgebaut. Die Frequenz des Steuergenerators 79 kann mittels der Steuerspannung U_R variiert werden, die auf einen Kondensator 122 wirkt und dessen elektrische Kapazität ändert. Die Kapazität des Kondensators 122 ist so gewählt, daß ihre Änderung die Frequenz des Steuergenerators 79 in dem in Fig. 15, Position 41 dargestellten Bereich der Frequenzcharakteristik ändert. In dieser Variante enthalten die Quellen 18, 19 der Zusatzgeneratoren 10, 11 die Phasendrehglieder 81, 82, die Vorrichtungen zur Umpolung des Phasenwinkels 85, 86 und die Leistungsverstärker 83, 84. Die Phasendrehglieder 81, 82 sind aktive Phasenschieberzweige 123, 124 mit Operationsverstärkern, die die Phasen der Signale entsprechend um +2/3 π (+120°) und -2/3 π (-120°) drehen. Die Vorrichtungen 85, 86 erden Umschalter 125, 126, die den funktionellen Tausch der Phasendrehglieder 81, 82 durchführen, d. h. das Vorzeichen der Phasenverschiebung ändern. Eine solche Umschaltung ermöglicht, die Drehrichtung des Rotors 6 umzukehren. Die Verstärker 80, 83, 84 sind identisch und stellen Pufferverstärker (Leistungsverstärker) dar, die einen großen Durchlaßbereich aufweisen und fast im Schaltbetrieb arbeiten. Die betrachtete Vorrichtung arbeitet sowohl links als auch rechts der mechanischen Resonanzfrequenz f₀ des Oszillators 2 sicher.The control generator 79 is constructed on the principle of the auto-generator with a Vienna bridge. The frequency of the control generator 79 can be varied by means of the control voltage U _R , which acts on a capacitor 122 and changes its electrical capacitance. The capacitance of the capacitor 122 is selected such that its change changes the frequency of the control generator 79 in the range of the frequency characteristic shown in FIG. 15, position 41 . In this variant, the sources 18 , 19 of the additional generators 10 , 11 contain the phase rotating elements 81 , 82 , the devices for reversing the polarity of the phase angle 85 , 86 and the power amplifiers 83 , 84 . The phase rotators 81 , 82 are active phase shifter branches 123 , 124 with operational amplifiers, which accordingly rotate the phases of the signals by +2/3 π (+ 120 °) and -2/3 π (-120 °). The devices 85 , 86 ground change-over switches 125 , 126 which carry out the functional exchange of the phase rotators 81 , 82 , ie change the sign of the phase shift. Such a switchover enables the direction of rotation of the rotor 6 to be reversed. The amplifiers 80 , 83 , 84 are identical and represent buffer amplifiers (power amplifiers) which have a large passband and operate almost in switching mode. The device under consideration works reliably both to the left and to the right of the mechanical resonance frequency f₀ of the oscillator 2 .

In Fig. 38 ist eine prinzipielle Schaltung entsprechend dem Blockschaltbild Fig. 24 (Autogenerator) dargestellt. In der Schaltung ist der Eingang des Rückkopplungszweiges 87 mit dem als Stromwiderstand R_i ausgeführten Impedanzelement 92. Die an diesem Widerstand anliegende Spannung ist proportional dem durch den Grundgenerator 9 fließenden Strom. Die Phasenverschiebung dieser Spannung bei der Frequenz f₀ ist im Verhältnis zur Spannung am Generator 9 praktisch gleich Null. Vom Widerstand R_i gelangt die dem Strom proportionale Spannung auf das Bandfilter 89 (L_f, C_f) und danach auf den Verstärker 91. Das auf die Frequenz f₀ abgestimmte Bandfilter 89 begrenzt den Durchlaßbereich des Rückkopplungszweiges 86 und verhindert damit eine Selbsterregung des Schaltung im Bereich der Parasitärfrequenzen des Oszillators 2. Die vom Verstärker 91 verstärkte Spannung gelangt auf den Ausgang des Rückkopplungszweiges 87 und von da auf den Leistungsverstärker 80 der Quelle 17 des Grundgenerators 9. Da die Gesamtphasenverschiebung im geschlossenen Kreis bei der Frequenz f₀ gleich Null ist, ist der Verstärkungsfaktor bei dieser Frequenz größer als Eins, und die Quelle 17 mit dem Rückkopplungszweig 87 fängt bei der Frequenz f₀ an zu schwingen und wirkt demzufolge als Autogenerator, der diese Frequenz trotz Einwirkung destabilisierender Einflüsse beibehält. Die Phasendrehglieder 81, 82 enthalten die Phasenschieberzweige 123, 124, die wiederum zwei untereinander umschaltenden Phasenketten 127, 128 enthalten. Die Umschaltung erfolgt mit Umschaltern 129, 130, die faktisch eine Umkehrung der Vorzeichen der Phasenverschiebung erzeugen. Eine solche Umschaltung ermöglicht die Drehrichtung des Rotors 6 umzukehren. Die Leistungsverstärker 80, 83, 84 sind über die Trennfilter L_fC_f mit den Generatoren 9, 10, 11 verbunden. Dies ermöglicht die Verstärker im Schaltbetrieb zu betreiben, in dem die Ausgangsspannung steilen Fronten haben. FIG. 38 shows a basic circuit corresponding to the block diagram in FIG. 24 (auto generator). In the circuit is the input of the feedback branch 87 with the impedance element 92 designed as a current resistor R _i . The voltage across this resistor is proportional to the current flowing through the basic generator 9 . The phase shift of this voltage at the frequency f₀ is practically zero in relation to the voltage on the generator 9 . The voltage proportional to the current passes from the resistor R _i to the bandpass filter 89 (L _f , C _f ) and then to the amplifier 91 . The band filter 89 tuned to the frequency f₀ limits the pass band of the feedback branch 86 and thus prevents self-excitation of the circuit in the area of the parasitic frequencies of the oscillator 2 . The voltage amplified by the amplifier 91 reaches the output of the feedback branch 87 and from there to the power amplifier 80 of the source 17 of the basic generator 9 . Since the total phase shift in the closed circuit at the frequency f₀ is zero, the amplification factor at this frequency is greater than one, and the source 17 with the feedback branch 87 starts to oscillate at the frequency f₀ and consequently acts as an auto-generator, despite this frequency Maintains the effect of destabilizing influences. The phase rotators 81 , 82 contain the phase shifter branches 123 , 124 , which in turn contain two mutually switching phase chains 127 , 128 . The changeover takes place with changeover switches 129 , 130 , which actually produce a reversal of the signs of the phase shift. Such a switchover enables the direction of rotation of the rotor 6 to be reversed. The power amplifiers 80 , 83 , 84 are connected to the generators 9 , 10 , 11 via the isolation filters L _f C _f . This enables the amplifiers to operate in switching mode in which the output voltage has steep fronts.

Fig. 39 zeigt eine Ausführungsvariante, in der der Kondensator C_F des Trennfilters L_FC_F als Impedanzelement 92 verwendet wird. Die Spannungsamplitude auf diesem Kondensator ist proportional zum Strom durch den Generator 9. Die Phase ist jedoch bezüglich des Generator strom um -90° gedreht. Eine solche Phasenverschiebung erfordert eine nochmalige Drehung um -90°. Diese Drehung erfolgt im Kondensatorkreis C_f des Bandfilters 89, wo die Spannung am Widerstand R_f im Verhältnis zum Kondensatorstrom C_f um -90° gedreht ist. Dabei beträgt die Gesamtphasenverschiebung -180°. Nochmals um -180° dreht der Verstarker die Phase, so das die Gesamtphasenverschiebung gleich Null wird. Da in dieser Variante die Drehrichtung des Rotors 6 nicht umkehrbar ist, enthält er keine Vorrichtungen 85 und 86. Fig. 39 shows a variant embodiment in which the capacitor C _F of the separation filter L _F C _F is used as the impedance element 92. The voltage amplitude on this capacitor is proportional to the current through the generator 9 . However, the phase is rotated by -90 ° with respect to the generator current. Such a phase shift requires a further rotation by -90 °. This rotation takes place in the capacitor circuit C _{f of} the bandpass filter 89 , where the voltage across the resistor R _f is rotated by -90 ° in relation to the capacitor current C _f . The total phase shift is -180 °. The amplifier rotates the phase again by -180 °, so that the overall phase shift becomes zero. Since in this variant the direction of rotation of the rotor 6 cannot be reversed, it does not contain any devices 85 and 86 .

In allen betrachteten Varianten des erfindungsgemäßen, in den Fig. 37, 38, 39 dargestellten Motors werden als Pufferverstärker 80, 83, 84 Halb-Brückenschaltungen mit bipolaren oder Feldeffekttransistoren (nicht dargestellt) verwendet, die als Spannungsschalter betrieben werden. Solche Schaltungen ermöglichen elektrische Spannungsamplituden an den Generatoren 9, 10, 11, die gleich der halben Versorgungsspannung sind. Falls höhere Spannungen gefordert werden, können Schaltungen mit Stromumschaltern verwendet werden. Diese Schaltungen ermöglichen eine Spannung an den Generatoren 9, 10, 11, die um das 2-3fache höher ist als die Versorgungsspannung der Leistungsverstärker.In all considered variants of the motor according to the invention, shown in FIGS. 37, 38, 39, half-bridge circuits with bipolar or field-effect transistors (not shown), which are operated as voltage switches, are used as buffer amplifiers 80 , 83 , 84 . Such circuits enable electrical voltage amplitudes at the generators 9 , 10 , 11 , which are equal to half the supply voltage. If higher voltages are required, circuits with current changeover switches can be used. These circuits enable a voltage at the generators 9 , 10 , 11 that is 2-3 times higher than the supply voltage of the power amplifiers.

Fig. 40 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Motors mit Stromschaltern. Diese Variante enthält drei Stromumschalter 131, die von der Spannung E gespeist und als bipolare Transistoren mit einer Stromquelle in Form einer im Kollektorkreis enthaltenen Induktivität L_I ausgeführt sind. Die Spannungsamplitude an den Generatoren 9, 10, 11 beträgt etwa (2-3)·E. In dieser Variante ist der Rückkopplungszweig 87 mit der Rückkopplungselektrode 95 verbunden, die bei der Frequenz f₀ eine Phasenverschiebung von +90° zwischen der Spannung am Generator 9 und der Spannung an dieser Elektrode 95 erzeugt (Fig. 26, Position 97). Die Phasenschieberkette 90 des Bandfilters 89 dreht die Phase nochmals um +90°, so das die Gesamtphasenverschiebung +180° beträgt. Die Drehung der Phase in Gegenrichtung um -180° erfolgt durch den Verstärker 91. Diese Ausführungsvariante stellt einen entsprechend Blockschaltbild Fig. 28 aufgebauten piezoelektrischen Motor im Schrittbetrieb mit kleiner Start-Stopp-Zeit dar. Für den Schrittbetrieb enthält die Schaltung einen Transistorschalter 100, der durch die Impulsspannung am Eingang 101 gesteuert wird. Beim Schließen des Schalters 100 wird die Rückkopplung aufgetrennt, was einen forcierten Abbruch der Schwingungen des elektromechanischen Generators zur Folge hat. Beim Öffnen des Schalters 100 wird der Autogenerator forciert gestartet. Fig. 40 shows a variant of the inventive motor with power switches. This variant contains three current changeover switches 131 , which are fed by the voltage E and are designed as bipolar transistors with a current source in the form of an inductor L _I contained in the collector circuit. The voltage amplitude at the generators 9 , 10 , 11 is approximately (2-3) · E. In this variant of the feedback path 87 is connected to the feedback electrode 95, which at the frequency of a phase shift of + 90 ° between the voltage at the generator 9 and the voltage at this electrode 95 f₀ is generated (Fig. 26, position 97). The phase shifter chain 90 of the bandpass filter 89 rotates the phase again by + 90 °, so that the total phase shift is + 180 °. The phase is rotated in the opposite direction by -180 ° by the amplifier 91 . This embodiment variant represents a piezoelectric motor constructed in accordance with the block diagram in FIG. 28 in step mode with a small start-stop time. For step mode, the circuit contains a transistor switch 100 which is controlled by the pulse voltage at input 101 . When the switch 100 is closed, the feedback is disconnected, which results in a forced termination of the vibrations of the electromechanical generator. When the switch 100 is opened, the auto generator is forced to start.

In allen möglichen Varianten des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors füllt die piezoelektrische Keramik das maximal mögliche Volumen des Oszillators aus. Deshalb zeichnen sich solche Motoren durch einen hocheffektiven Oszillator mit einem maximalen elektromechanischen Koeffizienten aus. Sie benötigen nur geringe Erregerspannungen und sind hoch belastbar, d. h. sie arbeiten auch bei hoher mechanischer Belastung des Oszillators. Der monolithische Oszillator solcher Motoren weist eine hohe Festigkeit auf, was maximale mechanische Spannungen und damit maximale Schwingungs geschwindigkeiten zuläßt, und deshalb maximale mechanische Leistungen an der Motorachse ermöglicht.In all possible variants of the piezoelectric according to the invention Motors fills the piezoelectric ceramic to the maximum possible Volume of the oscillator. That is why such engines stand out through a highly effective oscillator with a maximum electromechanical coefficients. You only need a small amount Excitation voltages and are highly resilient, d. H. they also work at high mechanical load on the oscillator. The monolithic The oscillator of such motors has a high strength, which is maximum mechanical stresses and thus maximum vibration allows speeds, and therefore maximum mechanical performance on the motor axis.

So entwickelt der Motor bei einer spezifischen Tangentiallast auf der Funktionsfläche des Oszillators von 10 N/cm² und einer Schwingungsgeschwindigkeit der Funktionsfläche von 1 m/s z. B. eine spezifische mechanische Leistung von 10 W/cm² Funktionsfläche. Das heißt bei einem Oszillatordurchmesser von 100 mm und einer 15 mm breiten Funktionsfläche beträgt die maximal mögliche mechanische Leistung des Motors 450 W.This is how the motor develops at a specific tangential load on the Functional area of the oscillator of 10 N / cm² and one Vibration speed of the functional surface of 1 m / s z. Legs specific mechanical power of 10 W / cm² functional area. The means with an oscillator diameter of 100 mm and a 15 mm wide functional area is the maximum possible mechanical Motor power 450 W.

Die hohe mechanische Festigkeit des Oszillators bestimmt die hohe Funktionssicherheit und Standzeit des Motors, die sich an die Ausfallsicherheit von massiven Bauelementen annähert. Die einfache Konstruktion senkt den Selbstkostenpreis, was die Konkurrenzfähigkeit des Motors mit herkömmlichen Elektromotoren ermöglicht.The high mechanical strength of the oscillator determines the high Functional reliability and service life of the engine, which are based on the Reliability of solid components approximates. The simple one Construction lowers the cost price, reducing competitiveness of the motor with conventional electric motors.

BezugszeichenlisteReference list

1 Stator
2 Oszillator
3 Wellenleiter
4 Wanderwellengenerator
5 Funktionsfläche des Oszillators 2
6 Rotor
7 Stirnfläche des Oszillators 2
8 schallisolierende Unterlage
9 Grundgenerator für Stehwellen
10, 11 Zusatzgeneratoren für Stehwellen
12, 13, 14 Oszillatorenabschnitte
15, 16 Elektroden der Stehwellengeneratoren
17, 18, 19 Erregerquellen
20, 21 Anschlüsse der Erregerquellen
22 Mittellinie des Oszillators
23, 24, 25 Diagramme der Verformung der Funktionsfläche 5
26, 27, 28 Verformungszustände der Funktionsfläche 5
29 Wanderwellendiagramm
30, 31, 32, 33 Bewegungsabläufe von Punkten
34 Elementarvolumen des Oszillators 2
35 Elementares Schwingungssystem
36 Elementares Ersatzschaltbild
37, 38, 39 Ersatzschaltbilder der Stehwellengeneratoren 9, 10, 11
40 Friktionswandler
41-46 Elektromechanische Motorkennwerte
47-54 Oszillatorformen
55-64 Varianten von Friktionsschichten
60-70 Elektrodenanordnungen
71 Spezielle Anordnung von Elektroden
72 abgewickelter Oszillator (schematische Darstellung) mit spezieller Elektrodenanordnung
73, 74, 75 Blockschaltbilder
76 Sammelleiter
77 gemeinsame Elektrode
78 Verbindungsleiter
79 Steuergenerator
81, 82 Phasendrehglieder
80, 83, 84 Pufferverstärker
85, 86 Vorrichtungen zur Umpolung des Phasenwinkels
87 Rückkopplungszweig
88 Eingang des Rückkopplungszweiges
89 Bandfilter
90 Phasenschieberkette
91 Verstärker
92 Impedanzelement
93 Stromwandler
94 Teil des Oszillators
95 Rückkopplungselektrode
96-98 Kennwerte der Rückkopplungselektrode
99 Widerstand
100 Schalter
101 Steuereingang
102 Grundkörper
103 Isolierunterlage
104 Feder
105 elastische Buchse
106 Achse
107 Kugellager
108, 109 Teile des Rotors
110 konische Funktionsflächen
111 elastische Unterlage
112 Schraubenmutter
113 Unterlegscheibe
114 Gehäuse
115 gestauchter Bolzen
116 Wandlerpakete
117 Bolzen
118 Flansch
119 Magnetring
120 magnetisch leitfähiges Gehäuse
121 Autogenerator mit Wien-Brücke
122 Kondensator
123, 124 Phasenschieberzweige
125, 126 Umschalter
127, 128 Phasenketten
129, 130 Umschalter
131 Stromschalter
150, 151 Pfeile
231 Öffnung
500, 700 Wellen
600 Friktionsschicht
880 Leiter
881 Verbindungsmöglichkeit
X-X Achse 1 stator
2 oscillator
3 waveguides
4 traveling wave generator
5 functional surface of the oscillator 2
6 rotor
7 end face of the oscillator 2
8 soundproof pads
9 basic generator for standing waves
10 , 11 additional generators for standing waves
12 , 13 , 14 oscillator sections
15 , 16 electrodes of the standing wave generators
17 , 18 , 19 sources of excitation
20 , 21 connections of the excitation sources
22 Center line of the oscillator
23 , 24 , 25 Diagrams of the deformation of the functional surface 5
26 , 27 , 28 states of deformation of the functional surface 5
29 Traveling wave diagram
30 , 31 , 32 , 33 motion sequences of points
34 Elementary volume of the oscillator 2
35 Elementary vibration system
36 Elementary equivalent circuit diagram
37 , 38 , 39 equivalent circuit diagrams of standing wave generators 9 , 10 , 11
40 friction converter
41-46 Electromechanical engine parameters
47-54 oscillator shapes
55-64 variants of friction layers
60-70 electrode arrangements
71 Special arrangement of electrodes
72 developed oscillator (schematic representation) with special electrode arrangement
73 , 74 , 75 block diagrams
76 busbars
77 common electrode
78 connecting conductor
79 control generator
81 , 82 phase rotators
80 , 83 , 84 buffer amplifiers
85 , 86 devices for polarity reversal of the phase angle
87 feedback branch
88 Input of the feedback branch
89 band filter
90 phase shifter chain
91 amplifiers
92 impedance element
93 current transformers
94 part of the oscillator
95 feedback electrode
96-98 characteristics of the feedback electrode
99 resistance
100 switches
101 control input
102 basic body
103 insulation pad
104 spring
105 elastic bushing
106 axis
107 ball bearings
108 , 109 parts of the rotor
110 conical functional surfaces
111 elastic pad
112 nut
113 washer
114 housing
115 compressed bolts
116 converter packages
117 bolts
118 flange
119 magnetic ring
120 magnetically conductive housing
121 auto generator with Vienna bridge
122 capacitor
123 , 124 phase shifter branches
125 , 126 switches
127 , 128 phase chains
129 , 130 switch
131 power switch
150 , 151 arrows
231 opening
500 , 700 waves
600 friction layer
880 conductors
881 connectivity
XX axis

Claims

1.Piezoelectric motor with a stator, which has an oscillator in the form of a waveguide closed about an axis with generators connected to electrical excitation sources for the same standing waves shifted against each other, which overlap to form an elastic traveling wave, and with a rotor which is in frictional contact with is a functional surface of the oscillator performing the wave movement, the length of the waveguide being equal to the standing wavelength or an integer multiple of the standing wavelength, characterized in that the oscillator ( 2 ) consists entirely of a piezoelectric material and is uniformly polarized such that the generators ( 4 ) for the standing waves from sectors of parallel layer electrodes ( 15 , 16 ), which are arranged perpendicular to the direction of polarization ( 150 ) of the oscillator ( 2 ) on the surface of the waveguide ( 3 ), and that those generated by the generators ( 4 ) W are longitudinal waves.

2. Piezoelectric motor according to claim 1, characterized in that a plurality of generators ( 4 ) for the traveling wave with respect to the axis XX are arranged regularly distributed over the oscillator ( 2 ).

3. Piezoelectric motor according to claim 2, characterized in that each generator ( 4 ) consists of a basic generator ( 9 ) and two additional generators ( 10 , 11 ) and that the length of the generator ( 4 ) is equal to the length or an integer multiple of the wavelength the longitudinal wave.

4. Piezoelectric motor according to claim 2, characterized in that the closed waveguide ( 3 ) is made as a cylindrical body made of piezoelectric ceramic.

5. Piezoelectric motor according to claim 1, characterized in that the functional surface ( 5 ) of the oscillator ( 2 ) is provided with a thin wear-resistant friction layer ( 60 ) which comes into contact with the rotor ( 6 ).

6. Piezoelectric motor according to claim 5, characterized in that the friction layer ( 60 ) consists entirely of a material which forms a chemical connection with the piezoelectric ceramic, for. B. glass, metal or another material.

7. Piezoelectric motor according to claim 5, characterized in that the friction layer ( 60 ) consists of a base and an intermediate layer, the base layer ( 63 ) determining the friction properties and the intermediate layer ( 64 ) a chemical connection with the piezoceramic and Forms a base layer.

8. Piezoelectric motor according to claim 5, characterized in that the friction layer ( 60 ) consists of a composite material, the basis of which forms a material which enters into a chemical connection with the piezoceramic, and in that a material is used as the filler which has the coefficient of friction the friction layer increases.

9. Piezoelectric motor according to claim 5, characterized in that the friction layer ( 60 ) consists of a porous material with a high coefficient of friction, the pores of this material being filled with another material which forms a chemical compound with piezoceramic.

10. Piezoelectric motor according to claim 1 and 2, characterized in that the excitation sources ( 18 , 19 ) of the two additional generators ( 10 , 11 ) represent power amplifiers ( 80 , 83 , 84 ) which have a phase shifter chain ( 81 , 82 ) with the Excitation source ( 17 ) of the basic generator ( 9 ) are connected.

11. Piezoelectric motor according to claim 10, characterized in that the excitation sources ( 18 , 19 ) of the additional generators ( 10 , 11 ) are equipped with devices ( 125 , 126 ) for polarity reversal of the phase angle.

12. Piezoelectric motor according to claim 10, characterized in that the excitation source ( 17 ) of the basic generator ( 9 ) is a frequency-controlled voltage generator.

13. Piezoelectric motor according to claim 1, characterized in that the basic generator ( 9 ) for standing waves and its excitation source ( 17 ) have a positive feedback branch ( 87 ) and together form an electromechanical auto generator.

14. Piezoelectric motor according to claim 12, characterized in that the positive feedback branch ( 87 ) is connected to an impedance element ( 92 ) which is connected in series with the basic generator ( 9 ) for standing waves.

15. Piezoelectric motor according to claim 12, characterized in that the positive feedback branch ( 87 ) is connected to a current transformer ( 131 ) which is connected in series with the basic generator ( 9 ) for standing waves.

16. Piezoelectric motor according to claim 12, characterized in that the positive feedback branch ( 87 ) is connected to a feedback electrode ( 95 ) which is arranged at the location of the maximum mechanical stresses of the standing wave generated by the basic generator ( 9 ).

17. Piezoelectric motor according to claim 13, characterized in that it is equipped with an electronic switch with a control input which interrupts the positive feedback branch ( 87 ).