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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren und betrifft insbesondere
Schwingmotoren mit Stufenkonzentratoren der Drehschwingungen.
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Die Erfindung läßt sich in Informations-Tonaufnahme- und wiedergabegeräten,
z.B. in elektrischen Äbspieleinrichtungen erfolgreich verwenden.
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Bekannt sind Stufenkonzentratoren für Drehschwingungen mit zwei Stufen,
von denen die eine mit geneigten Schlitzen zum Verwandeln der Längs- in Drehschwingungen
versehen ist und die andere die Antriebsstufe ist, die einen Stabresonator fUr Drehschwingungen
aufweist (Abhandlung von M.G. Sirotjdk ~Verwandlung akustischer Längsschwingungen
in Scher- und Drehschwingungen" Akustische Zeitschrift, 1959, Band 5, Lieferung
2, Seite 254).
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Die Verwendung eines solchen Konzentrators in Schwingmotoren ist bekannt.
Die Ausführung der Antriebsstufe dieses Konzentrators als Stabresonator für Drehschwingungen
behindert jedoch eine Vergrößerung des Drehradius des Rotors, da bei einer Vergrößerung
der Quermaße der Antriebsstufe wilde Querschwingungen auftreten werden.
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Vorgeschlagen wurde außerdem, in Schwingmotoren auch einen Stufenkonzentrator
für Drehschwingungen einer anderen Konstruktion zu verwenden, bei dem auf einer
der Stufen, die mit dem Piezoelement in Kontakt steht, zu deren Seitenfläche
geneigte
Stäbe zum Verwandeln der Längsschwingungen in Drehschwingungen vorhanden sind, während
die andere Stufe, die Antriebsstufe, die mit dem koaxial zum Konzentrator angeordneten
Rotor in Kontakt steht, ebenfalls als Stabresonator der Drehschwingungen ausgeführt
ist.
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Diese Schwingmotoren haben jedoch die gleichen Nachteile wie die Ausführungen
mit einer Antriebsstufe in Form eines Stabresonators der Drehschwingungen. Dennoch
weisen diese Schwingmotoren im Vergleich zu den obenbeschriebenen eine Reihe von
Vorzügen auf, die mit einer anderen AusfUhrung der mit dem Piezoelement kontaktierenden
Stufe zusammenhängen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einenSchwingmotor zu schaffen,
in dem die Antriebs stufe des Stufenkonzentrators so ausgeführt ist, daß geringe
Umlaufgeschwindigkeiten des Rotors bei einem großen Rotordrehmoment gewährleistet
sind.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Schwingmotor, der einen
Stufenkonzentrator für Drehschwingungen aufweist, dessen eine Stufe mit dem Piezoelement
und die andere Stufe, die Antriebsstufe, mit dem Rotor in Kontakt steht, erfindungsgemäß
die Antriebsstufe des Konzentrators als ein ringförmiger Resonator für Drehschwingungen
ausgeführt ist.
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Eine derartige erfindungsgemäße konstruktive Ausführung des Schwingmotors
ermöglicht eine Vergrößerung des Drehradius des Rotors zur Erhöhung seines Drehmoments,
d.h.
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daß geringe Umlaufgeschwindigkeiten des Rotors bei einem großen Drehmoment
erreicht werden.
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingmotors
im Längsschnitt; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 11-11 von Fig. 1 und Fig.
3 eine zweite Ausführungsform des Schwingmotors im Längsschnitt.
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Der erfindungsgemäße Schwingmotor hat einen Stufenkonzentrator 1 (Fig.
1) für Drehschwingungen Er besteht aus zwei Stufen 2 und 3. Die Stufe 2 hat die
Form eines Zylinders, in dessen Körper nicht auf der ganzen Tiefe, jedoch auf der
Gesamthöhe geneigte nutförmige Schlitze 4 ausgeführt sind, die die Längsschwingungen
in Drehschwingungen verwandlen, wobei eine Stirnseite dieses Zylinders mit dem Piezoelement
5 in Kontakt steht, dessen Elektroden 6 mit einem bekannten nicht gezeigten elektrischen
Hochfrequenzgenerator verbunden sind. Die Stufe 3 stellt die Antriebsstufe dar und
ist als ringförmiger Resonator der Drehschwingungen ausgeführt, wie das aus Fig.
2 klar ersichtlich ist. Eine Oberfläche 7 der Antriebsstufe 3 ist kegelförmig ausgeführt
und steht mit der gleichfalls kegelförmigen Oberfläche 8 des Rotors 9 in Kontakt.
Der Rotor 9 wird durch die Scheibe 10 einer bekannten elektrischen Abspieleinrichtung
angedrückt.
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Die zweite Ausführungsform des Schwingmotors nach Fig. 3 hat einen
Stufenkonzentrator 11 für die Drehschwingungen, der ebenfalls aus zwei Stufen 12
und 13 besteht. Die Stufe 12 hat die Form eines Zylinders, auf dessen Seitenfläche
unter einem gewissen Winkel Viertelwellenlängenstübe 14 ausgeführt sind, die die
Längsschwingungen in Drehschwingungen
verwandeln, wobei eine Stirnseite
dieses Zylinders mit dem Piezoelement in Kontakt steht, dessen Elektroden 16 mit
einem elektrischen Hochfrequenzgenerator verbunden sind.
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Die Stufe 13 ist die Antriebsstufe und ist als ringförmiger Resonator
der Drehschwingungen ausgeführt, Eine Oberfläche 17 der Antriebsstufe 13 ist kegelförmig
ausgeführt und steht mit der gleichfalls kegelförmigen Oberfläche 18 des Rotors
19 in Kontakt. Der Rotor 19 wird durch die Scheibe 10 angedrückt.
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Der erfindungsgemäße Schwingmotor arbeitet folgendermaßen: Sobald
an das Piezoelement 5 bzw-. 15 (Fig. 1, 3) elektrische Hochfrequenzschwingungen
angelegt werden, erfolgt in der Stufe 2 bzw. 12 des Konzentrators 1 bzw. 11 eine
Verwandlung der Längsschwingungen in Drehschwingungen. Die Drehschwingungen pflanzen
sich längs der Stufe 2 bzw. 12 fort und gehen in der Zone der Knotenverschiebungen
in Drehschwingungen der Antriebsstufe 3 bzw. 13 des ringförmigen Resonators über.
Ein derartiger Ubergang ist dann möglich, wenn die Stufen, nämlich die Höhe der
Stufe 2 bzw. 12 und die Breite der Antriebsstufe 3 bzw. 13 des ringförmigen Resonators,
resonanzförmig, d.h. viertelwellig ausgeführt sind. Eine gewisse Verstärkung der
Schwingungen erfolgt aufgrund der Differenz zwischen dem Querschnftt der Stufe 2
bzw. 12 und dem Inhalt der Seitenfläche 7 bzw. 17 der Antriebsstufe 3 bzw. 13 des
ringförmigen Resonators.
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Wegen des Poisson-Effekts werden in der Fläche des ringförmigen Resonators
gemeinsam mit den Resonanzdrehschwingungen auch Nichtresonanz-Radialschwingungen
erregt. Das gleichzeitige Einwirken der Dreh- und Radialschwingungen auf den Rotor
9 bzw. 19 versetzt ihn in Drehbewegung.
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Der erfindungsgemäße Schwingmotor ermöglicht eine 1,5 bis 2fache Erhöhung
des Drehmomentsdes Rotors infolge einer entsprechenden Drehradiusvergrößerung, so
daß geringe Umfangsgeschwindigkeiten bei einem großen Drehmoment des Rotors erreicht
werden. Darüber hinaus werden die Außenmaße des Schwingmotors in der Höhenrichtung
um mehr als das 1,5fach verringert.