DE3213348A1

DE3213348A1 - Piezoelektrischer motor

Info

Publication number: DE3213348A1
Application number: DE19823213348
Authority: DE
Inventors: Leonid Ivanovi&ccaron; &Scaron;inkarenko; Oleg Leonidovi&ccaron; Boi&ccaron;enko; Jurij Vladimirovi&ccaron; Golovya&scaron;in; Oleg Georgievi&ccaron; Kiev Jura&scaron;; Igor Aleksandrovi&ccaron; Karta&Scaron;ev; Vitalij Stepanovi&ccaron; Koval; Vya&ccaron;eslav Vasilievi&ccaron; Lavrinenko; Nikolai Fedorovi&ccaron; Serov; Vladimir Sergeevi&ccaron; Vi&scaron;nevsky
Original assignee: Kievsky Politekhnichesky Institut Imeni
Current assignee: Kievsky Politekhnichesky Institut Imeni
Priority date: 1982-04-16
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1983-10-20
Also published as: SE452933B; JPS58192475A; US4400641A; SE8202161L; ATA130482A; FR2525411A1; GB2118373B; NL8201577A; AU8249882A; GB2118373A; DE3213348C2; CA1182159A; AT382262B; AU551505B2; FR2525411B1

Description

BESC HREIBUlTG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor und betrifft insbesondere einen piezoelektrischen Motor.

Der erfindungsgemässe piezoelektrische Motor eignet sich für den Einsatz als Mikromotor der Stelleinrichtunggen der Automatisierungstechnik, als Antriebsmotor der Tonbandlaufwerke in Fotoapparaten sowie in unterschiedlichen Haushaltgerä'ten.

Es sind heute piezoelektrische Motoren bekannt, welche elektrische Energie in mechanische Energie der Winkeloder stetigen Drehung des Läufers umwandeln.

Es ist z.B. ein piezoelektrischer Motor (US-PS 4019073) bekannt. (Anmeldetag von 12.08.75, HOIL 41/04).

Dor Ständer des bekannten piezoelektrischen Motors ist gegen die den Motor tragende Grundplatte unbeweglich angeordnet. Der Läufer - der bewegliche Teil des Motors - ist am Stander drehbar, beispielsweise in Lagern, gelagert.

Im Unterschied zu den Elektromotoren mit elektromagnetischer Zusammenwirkung zwischen dem Stander und dem Läufer erfolgt die Zusammenwirkung zwischen diesen in den piezoelektrischen Motoren reibschlüssig, d.h. durch Reibungskräfte. Deshalb ist der Läufer im abgeschalteten Zustand durch ein gewisses Reibungsmoment abgebremst. Um den Läufer im abgeschalteten Zustand in Drehung zu versetzen, ist an diesen ein solches Moment einer Kraft anzulegen, das den Reibungswiderstand überwindet. Zur Erzeugung eines Drehmoments ist im Stander oder im Läufer des piezoelektrischen Motors ein piezoelektrischer Oszillator (in der Fachliteratur auch "piezoelektrischer Schwinger" genannt) vorgesehen, der einen elektromechanischen Resonator mit piezoelektrisch aktivem Teil - mit Piezoelement - darstellt. Das Piezoelement ist ein piezoelektrischer Ein- oder Vielkristall, der in einer Richtung elektrisch polarisiert ist. Das Piezoelement enthält ferner mindestens zwei Elektroden, die beispielsweise als dünne Metallüberzüge ausgeführt sind. An die genannten Elektroden werden gewöhnlich Anschlussdrähte aus Metall an-

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geschlossen, die für den Anschluß des Piezoelements an eine Wechselspannungsquelle bestimmt sind, deren frequenz in der Regel gleich oder etwa gleich der Resonanzfrequenz des Oszillators gewählt wird.

Beim Anschluß des Piezoelements an eine solche Quelle werden in diesem auf Grund des reziproken Piezoeffekts elastische mechanische Schwingungen erzeugt, die den ganzen im Ständer akustisch isolierten Oszillator umfassen.

Der Läufer und der Ständer sind im bekannten piezoelektrischen Motor zwecks deren reibschlüssigen Zusammenwirkung an der Oberfläche, die durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden gebildet ist, beispielsweise an der Zylinderfläche, am Anordnungsort der wirkeamen fläche des piezoelektrischen Oszillators aneinander angedrüokt. (Unter der wirksamen fläche des piezoelektrischen Oszillators wird die Oberfläche des Oszillators verstanden, die während des Motorbetriebs einem Verschleiß ausgesetzt ist). An der erwähnten Oberfläche der reibsohltissigen Zuöammanwlrkung wird die üchwingungsbe- . wegung des Oszillators in eine größenmäßig veränderliche, Jedoch einseitig gerichtete Tangentialkraft umgewandelt, die an der genannten Oberfläche angreift und ein Drehmoment erzeugt. Die Zone des Reibungskontakts dient, anders gesagt, als Gleichrichter, welcher veränderliche mechanische Beanspruchung in schwellende umwandelt.

Von der Größe der mechanischen Beanspruchung und der Schallschnelle des Oszillators sind das Drehmoment und die Drehzahl des Läufers des piezoelektrischen Motors abhängig. Die mechanische Beanspruchung und die Schallschnelle des Oszillators sind durch die Elastizitätskonstante des Materials miteinander verbunden, folglich stehen die Drehzahl und das Drehmoment des Läufers des piezoelektrischen Motors in linearer Beziehung, d.h. dieser Motor weist eine weiche Belastungskennlinie auf. Nachteilig ist das allerdings nicht, da des öfteren eine solche Belastungskennlinie erforderlich ist. In einigen fällen wird es aber notwendig, eine starre Belastungskennlinie zu erhalten.

Diese Belaatungskennlinie wird in der Regel mit Hilfe von elektronischen Schaltungen für Drehzahlstabilisierung des piezoelektrischen Motors erzeugt.

Außerdem ist in Tonband- und Elektrotongeräten eine abgestufte Änderung der Mot ordrehzahl erforderlich, welche ohne die Herabsetzung des Motormoments erfolgen soll, da sonst der Tonhöhenschwankungsfaktor erheblich zunimmt. Es ist aber praktisch unmöglich, die Drehzahl ohne die Änderung des Motormoments des bekannten piezoelektrischen Motors abgestuft zu ändern.

Im bekannten piezoelektrischen Motor kann ferner kein großer Drehzahl-regelungsbereich erzielt werden, da die Läuferdrehung im Maße der Drehzahlverringerung immer unstabiler wird, was mit der Herabsetzung des Motormoments zusammenhängt, dessen Große mit den Schwankungen des Belastung smome nt s vergleichbar wird.

Schließlich fand im bekannten piezoelektrischen Motor das Problem der Motorumsteuerung keine zufriedenstellende Lösung. Die nicht umkehrbaren Motoren zeichnen sich durch hohe Lastmomente, einen großen Wirkungsgrad und eine große Betriebszeit bis zur Generalüberholung aus. Diese Motoren laufen geräuscharm, für deren Speisung werden einfache elektrische Schaltungen benutzt. Die Umsteuerung des bekannten Motors läßt sich durch elektrische Erregung von Schwingungen zweier Arten - der Längs- und der Querschwingungen - realisieren. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, das Piezoelement zweischichtig auszuführen und die Topologie dessen Elektroden und die Polarisation

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wesentlichvkomplizieren· Dabei wird cos £r des Piezoelements verschlechtert, die piezoelektrisch aktive Zone verkleinert und folglich die Speisespannung vergrößert. . Durch mehrere zusammengeklebte Scnichten wird die festigkeit des Piezoelem£nts verringert, während durch die Erzeugung der Biegeschwingungen in monomorphen Piezoelementen die Anpassung des Oszillators an die Belastung verschlechtert wird, was zur Senkung des Wirkungsgrads des Motors führt. Der Wirkungsgrad der bekannten piezoelektrischen Umkehrmotoren übertrifft 10 % nicht, was vielen technischen Forderungen nicht entspricht, während

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der Wirkungsgrad der nichtumkehrbaren piezoelektrischen Motoren äO % überschreiten kann. Die Betriebszeit der piezoelektrischen Umkehrmotoren bis zur Generalüberholung überschreitet für Motoren mit Läufern aus überharten Stoffen 100 Betriebsstunden nicht, während die der nichtumkehrbaren Motoren 1000 Betriebsstunden überschreiten kann.

Außerdem hat der bekannte piezoelektrische Motor eine Welle, während in einigen Fällen zwei oder mehrere mit verschiedener Drehzahl laufende Wellen erforderlich sind. Durch den Eineatz von piezoelektrischen Zweiwellen-Motoren läßt sich zum Beispiel der Getriebeplan des Tonband- ' laufwerkes bedeutend vereinfachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Motor zu entwickeln, in welchem durch neue

Lösungen diskrete Änderungen der Größe und der Drehrichtung des Motors bei Einhaltung des Motormoments gesichert werden.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im piezoelektrischen Motor mit einem Läufer und einem Ständer, wcfoei Ständer oder "mindestens einen piezoelektrischen Oszillator enthaltenWobei der Läufer und der Ständer aneinander in der Anordnungsstelle der wirksamen Fläche des piezoelektrischen Oszillators zwecks deren reibschlüssiger Zusammenwirken^· an der Oberfläche angedrückt sind, die durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers gebildet ist, der Läufer erfindungsgemäß aus einem ersten und einem zweiten Teil besteht, von welchen der eine mindestens einen zusätzliohen piezoelektrischen Oszillator enthält, wobei der erste Teil mit dem Ständer reibSchluss ig zusammenwirkt, die genannten Teile um die Drehachse des Läufers gegenseitig drehbar ausgeführt und aneinander in der Anordnungsstelle der wirksamen Fläche des zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators zwecks der reibschlüssigen Zusa;rimenwirkung dieser Teile an einer anderen Oberfläche angedrückt sind, die durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers gebildet ist.

Es ist zweckmäßig, die Oberfläche der reibschlüssigen Zusaumienwirkung zwischen dem ersten Teil des Läufers und dem Ständer am genannten Ständer und die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen den beiden Teilen des Läufers am ersten Teil des genannten Läufers anzuordnen.

Die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen dem ersten Teil des Läufers und dem Stander kann am genannten Ständer und die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen den beiden Teilen des Läufers am zweiten Teil des genannten Läufers liegen.

Die Oberfläche der reibschlüssigen Zusamiiienwirkung zwischen dem ersten Teil des Läufers und dem Ständer kann ferner am ersten Teil des genannten Läufers und die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen den beiden Teilen des Läufers am zweiten Teil des genannten Läufers liegen.

Die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen dem ersten Teil des Läufers und dem Ständer sowie die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen den beiden Teilen des Läufers können am ersten

Teil des Läufers liegen. , .

^ö wobei

Der Ständer kann ein Korper enthaltende in Teil dessen Oberfläche durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers gebildet ist.

In einer möglichen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors stellt der genannte Teil der Oberfläche des erwähnten Ständers die wirksame Fläehe mindestens eines im Ständer angeordneten piezoelektrischen Oszillators dar, wobei an die wirksame Fläche dieses Oszillators mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren anderes Ende am ersten Teil des Läufers befestigt ist.

Der erste Teil kann ferner mindestens einen piezoelektrischen Oszillator enthalten, dessen wirksame Fläche an die genannte Oberfläche des Ständers angedrückt ist.

Der erste Teil des Läufers kann einen Körper ent-

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- >"5 wobei *'

halten,·«/θ in Teil dessen Oberfläche durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers gebildet ist.

Dabei kann der genannte Teil der Oberfläche die wirksame Fläche mindestens eines zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators darstellen, der im ersten Teil des Läufers angeordnet ist, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren zweites .Ende am zweiten Teil des Läufers befestigt ist.

Der zweite Teil des Läufers kann außerdem mindestens einen zusätzlichen piezoelektrischen Oszillator enthalten, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil der Oberfläche des ersten Läuferteils angedrückt ist.

Ks ist ferner zweckmäßig, wenn der genannte Teil der Oberfläche des ersten Läuferteils die wirksame Fläche mindestens eines im ersten Teil angeordneten piezoelektrischen Oszillators darstellt, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Snde mindestens eine Lamelle ange- .

drückt ist, deren zweites Ende am ütänder befestigt ist. Der Ständer kann ferner mindestens einen piezoelektrischen Oszillator enthalten, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil der Oberfläche des ersten Läuferteils angedrückt ist.

' In einigen Ausführungsvarianten kann der zweite Läu-

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f erteil einen Körper enthaltende in Teil dessen Oberfläche durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers gebildet ist.

Dabei kann der genannte Teil der Oberfläche des zweiten Läuferteils die wirksame Fläche mindestens eines im zweiten Läuferteil angeordneten zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators darstellen, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren zweites Ende am ersten Läuferteil befestigt ist.

Der erste Läuferteil kann ferner mindestens' einen zusätzlichen piezoelektrischen Oszillator enthalten, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil der Ober-

flache des zweiten Läuferteils angedrückt ist.

In den Ausführungsvarianten der Erfindung kann der erste Teil des Läufers zwei Körper aufweisen, deren Oberfläche teilweise jeweils durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehungsachse des Läufers gebilde.t ist. Dabei ^tgilt der erwähnte Teil der Oberfläche/eines KörpersVwirksame Fläche mindestens eines piezoelektrischen Oszillators dar, der im ersten Teil des Läufers angeordnet ist, wobei an die genannte wirksame Fläche mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren anderes Ende am Ständer befestigt ist.

Ausserdem kann der Läufer mindestens einen piezoelektrischen Oszillator aufweisen, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil eines der genannten Körper des besagten ersten Teiles des Läufers angedrückt ist.

Der erwähnte Teil der Oberfläche anderes Körpers stellt^wirksame Fläche mindestens eines zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators dar, welcher im ersten Teil des Läufers angeordnet ist, wobei an die genannte wirksame Fläche mindestens eine Lamelle angedrückt ist,deren anderes Ende am zweiten Teil des Läufers befestigt ist.

Der zweite Teil des Läufers kann dabei mindestens einen zusätzlichen piezoelektrischen Oszillator aufweisen, dessen wirksame Fläche an den erwähnten Teil des anderen Körpers des besagten ersten Teiles des Läufers angedrückt ist.

In einigen Ausführungsvarianten der Erfindung können der Kontaktwinkel mindestens einer Lamelle gegen die wirksame Fläche des piezoelektrischen Oszillators und der Kontaktwinkel mindestens einer Lamelle gegen die wirksame Fläche des zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators gleiche Vorzeichen haben.

Der Kontaktwinkel mindestens einer Lamelle gegen die wirksame Fläche des piezoelektrischen Oszillators und der Kontaktwinkel mindestens einer Lamelle gegen die wirksame Fläche des zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators können auch umgekehrte Vorzeichen haben.

4b

In einer Ausführungavariaht θ kann mindest ens einer der genannten piezoelektrischen Oszillatoren innerhalb der mit diesem in .berührung kommenden Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung angeordnet werden. Xn einer weiteren Ausführungsvariante kann mindestens einer der genannten piezoelektrischen Oszillatoren außerhalb der mit diesem in Berührung kommenden Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung angeordnet werden.

IQ JSs ist auch eine A us f uhr ung s ν ar iant e des erfindungsuemäßen piezoelektrischen Motors möglich, in welcher die wirksame Fläche mindestens eines der genannten piezoelektrischen Oszillatoren in zur Drehachse des Läufers perpend ikular verlaufender .Ebene liegt.

Das Piezoelement mindestens eines der genannten piezoelektrischen Oszillatoren kann als eine Platte ausgeführt werden. Das Piezoelement mindestens eines der genannten piezoelektrischen Oszillatoren kann auch als ein Drehkörper bzw.'ein Teil des Drehkörpers ausgeführt werden. 2(j üf's ist empfehlenswert, an mindestens einer der genannten Oberfläche des Piezoelements mindestens eines der genannten piezoelektrischen Oszillatoren mindestens eine Lamelle mit einem Jände zu befestigen, an deren anderem Ende die wirksame Fläche des erwähnten Oszillators liegt. ^er Kontaktwinkel mindestens einer Lamelle gegen die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen dem ersten Teil des Läufers und dem Ständer und der Kontaktwinkel mindestens einer Lamelle gegen die Oberfläche der reibschlüssigen Zucammenwirkung zwischen den beiden Teilen des Läufers können gleiche Vorzeichen haben.

Der Kontaktwinkel mindestens einer Lamelle gegen die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirken^ zwischen dem ersten Teil des Läufers und dem ständer und der Kontaktwinkel mindestens einer Lamelle gegen die Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen den beiden Teilen des Läufers können auch umgekehrte Vorzeichen haben.

Durch die Ausführung des piezoelektrischen Motors

in den obenbeschriebenen Varianten der baulichen Gestaltung lassen sich Umkehrmotoren herstellen, deren elektromechanisch^ Daten mit diesen der nicht umkehrbaren Motoren zusammenfallen. Auf dieser Grundlage lassen sioh im Vergleich zu den ähnlichen nichtumkehrbaren Motoren die Motordrehzahl um das Zwei- bis Dreifache, der Drehzahlregelungsbereich um mehr als das Zehnfache vergrößern und die funktionalen Möglichkeiten durch den Einsatz von Zusatzwellen erweitern.

Die iSrf indung wird nachstehend an einigen konkreten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Motors näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors, in welchem der erste Teil des Läufers als ein Vollzylinder ausgeführt ist;

Fig. 2 eine Ansicht in Schnitt entlang der Linie II- -II der Fig. 1;

Fig. 3 eine AUüführungsVariante des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors mit dem als ein Hohlzylinder ausgeführten ersten Teil des Läufers, an dessen Innenfläche Lamellen der piezoelektrischen Oszillatoren angedrückt sind;

Fig. 4 eine Ansicht in· Schnitt gemäß der Linie IV-IV der Fig. 3>;

Fig. 5 eine andere Modifikation der Ausführungsvariante nach Pig. J.

Fig. 6 eine Ansicht in Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5;

Fig. 7 eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezo-JO elektrischen Motors, dessen piezoelektrische Oszillatoren innerhalb und außerhalb des ersten Teils des Läufers angeordnet sind;

Fig. 8 eine Ansicht in Schnitt entlang der Linie . VIII-VIII der Fig. 7;

Fig. 9 eine andere Modifikation der Ausführung nach Fig. 7;

Fig.10 eine Ansicht in Schnitt entlang der Linie X-X der Fig. 9;

Fig. 11 eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors, dessen piezoelektrische Oszillatoren an verschiedene Oberflächen des ersten Teils des Läufers angedrückt sind;

Pig. 12 eine Ansicht in Sohnitt entlang der Linie XII - XII der Fig. 11;

Pig. 12 eine andere Modifikation der Ausführung nach

Fig. U-,

Fig. 14 schematises die Anordnung der piezoelektrisehen Oszillatoren, die an ebene Oberflächen des ersten Teils des Läufers angedrückt sind;

Fig. I^ eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors, dessen Oszillatoren am ersten Teil des Läufers angeordnet sind;

Fig. 16 eine Ansicht in Schnitt entlang der Linie XVI - XVI der Fig. 15;

Fig. 17 eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors, in welchem der erste Teil des Läufers Lamellen aufweist, die mit den wirksamen Flächen der piezoelektrischen Oszillatoren reibSchluss ig zusammenwirken;

Fig. IH eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors, in welchem die Oberflächen der reibschlüssigen Zusammenwirkung an den beiden Teilen des Läufers liegen;

Fig. 19 eine Ansicht in Schnitt entlang der Linie XIX-XIX der Fig. 18;

Fig. 20 eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors, in welchem die piezoelektrischen Oszillatoren am ersten und am zweiten Teil des Läufers angeordnet sind;

Fig. 21 eine Ansicht in Schnitt entlang der Linie XXI - XXI der Fig. 20;

Fig. 22 unterschiedliche Formen der Ausführung von Piezoelementen im erfindurigagemäßen piezoelektrischen Motor;

Fig. 25 unterschiedliche Formen der Ausführung von piezoelektrischen Oszillatoren im erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motor und

Fig. 24 eine Schaltung für den Anschluß der piezoelektrischen Oszillatoren des erf indungsgemäßen piezoelektrischen Motors an eine Speisequelle.

Der in Fig. 1 und 2 gezeigte erfindungsgemäße piezoelektrische Motor enthält einen Ständer 1 und einen Läufer 2. Der Ständer 1 enthält einen piezoelektrischen Oszillator 3 und der Läufer 2 besteht aus einem ersten Teil 4 und einem zweiten Teil 5, der einen zusätzlichen piezoelektrischen Oszillator 6 aufweist.

In einigen Ausführungsvarianten enthält der erfindungsgemäße Motor mehrere Oszillatoren 3 und 6, deren Zahl je nach den konkreten technischen Forderungen (Leistungssteigerung, Vergrößerung der Arbeitsgeschwindigkeit u.a.) gewählt wird..

Der Oszillator 3 des Ständers 1 ist mit seiner wirksamen Fläche an den ersten Teil 4 des Läufers 2 angedrückt, so daß die reibschlüssige Zusammenwirkung zwischen diesen an der Oberfläche 7 der reibschlüssigen Zusammenwirkung gesichert ist.

Wie es oben erwähnt wurde, dient als wirksame Fläche die Oberfläche des piezoelektrischen Oszillators, die einem Verschleiß während des Motorbetriebs ausgesetzt ist. Die Teile 4 und 5 sind fluchtend uud drehbar gegeneinander angeordnet. Dabei ist der zusätzliche Oszillator 6 mit seiner wirksamen Fläche an den ersten Teil 4 des Läufers 2 angedrückt, wodurch die reibschlüssige'Zusammenwirkung zwischen den beiden Teilen 4 und 5 an der Oberfläche ü der reibschlüssigen Zusammenwirkung gesichert ist.

Im allgemeinen stellt jede der Oberflächen 7 und 8 eine Oberfläche dar, die durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Läuferdrehachse gebildet ist, dessen Länge der Länge der Berührungsiinie zwischen der wirksamen Fläche der Oszillatoren 3 und 6 und dem entsprechenden Teil des Motors gleich ist (das sind solche Teile wie Ständer 1, der erste und der zweite Teil 4 und 5 des Läufers 2).

Aus der Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die Oberflächen 7 und 8 Zylinderflächen (in Zeichnung mit punk-

tierter Linie gezeigt) sind.

Ba ist zu betonen, daß es möglich ist, unterschiedliche Typen der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motoren zu entwickeln, in welchen die Drehzahl- und die Drehsinnänderung diskret erfolgen können. So lassen sich je nach der Anordnung der Oberflächen der reibschlüssigen Zusammenwirkung die erfindungsgemäßen Motoren herstellen, in welchen:

1) Oberflächen 7 und 8 am ersten Teil 4 des Läufers 2 liegen (Fig. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 und 14);

2) Oberfläche 7 am ersten Teil 4 des Läufers 2 und Oberfläche 8 am zweiten Teil 5 des Läufers 2 liegen (n«. 18, 19);

3) Oberfläche 7 am Ständer 1 und Oberfläche 8 am

zweiten Teil 5 des Läufers 2 liegen (Fig. 15, 16 und 17);

4) Oberfläche 7 am Ständer 1 und Oberfläche 8 am ersten Teil 4 des Läufers 2 liegen (Fig. 20 und 21).

Jede Oberfläche 7 und 8 stellt, wie es oben erwähnt wurde, eine Oberfläche dar, die durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers 2 gebildet ist. (Es sei gesagt, daß die Zahl der Abschnitte der Geraden grundsätzlich durch die Zahl der mit der betreffenden Oberfläche in Berührung stehenden piezoelektrischen Oszillatoren bestimmt wird). Folglich enthalten der Ständer 1 und die Teile 4 und 5 des Läufers 2 in jeder Ausführungsvariante der. Erfindung einen Körper, · dessen Oberflächevdie Drehfläche mindestens eines Abschnitts einer Geraden ist. Das kann zum Beispiel ein Zylinder (Fig. 1, 2, 18, 19), ein Hohlzylinder oder ein Ring (Fig. 3, 4, 5, 6, 9, 10, 17), ein Zylindergehäuse (Fig. 7, 8, 15, 16, 20, 21), eine Scheibe (Fig. 11, 12, 13, 14) u.a.m. sein.

Dieser Körper kann den eigentlichen piezoelektrischen Oszillator darstellen, der in Form eines Drehkörpers ausgeführt ist (Fig. 17).

In der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsvariante der Erfindung stellt der Ständer 1 im wesentlichen ein Gehäuse 9 dar, in welchem mit Hilfe eines Halters 10 das

Piezoelement 11 des Oszillators 3 befestigt ist,das als eine Platte mit verschleissfester Einlage 12 ausgeführt ist.

Der erste Teil 4 des Läufers 2 stellt einen Vollzylinder dar, der auf eine Welle 13 aufgesetzt ist. An die Seitenfläche dieses Zylinders ist der Oszillator 3 mit seiner wirksamen Fläche mittels eines Niederhalters 14 angedrückt, der als eine Blattfeder ausgeführt ist.

Das Piezoelement 15 des Oszillators 6 ist ebenfalls als eine Platte mit verschleissfester Einlage 12 ausgeführt. Das eine Ende dieser Platte ist im Halter 16 befestigt, der auf eine andere Welle 17 aufgesetzt ist. Die Wellen 13 und 17 sind in Lagern 18 gelagert, die im Gehäuse 9 angeordnet sind.

Jedes von den Piezoelementen 11 und 15 weist Elektroden 19 und Anschlussdrähte 20 auf, die für den Anschluss der Piezoelemente 11 und 15 an eine Speisequelle (in Fig. 1 und 2 nicht gezeigt) bestimmt sind. Dabei werden die Anschlussdrähte 20 des Piezoelements 15 mittels Schleifringe 21, die an der Welle 17 befestigt sind, und Schleifringbürsten 22 an die Speisequelle angeschlossen.

In Fig. 3 und 4 ist eine Ausführung des erfindungsgemässen piezoelektrischen Motors gezeigt, in welcher der erste Teil 4 des Läufers 2 einen Hohlzylinder darstellt.

Die Piezoelemente 11 und 15 sind als Ringe ausgeführt, an deren äusserer Zylinderfläche Lamellen 23 befestigt sind. Auf die ebenen Flächen dieser Ringe sind Elektroden 19 aufgetragen.Der Ständer 1 und· der zweite Teil 5 des Läufers 2 sind als Scheiben ausgeführten welchen entsprechend Halter 10 und 16 befestigt sind.Die Halter 10 und stellen ringförmige Ansätze 24 dar, welche die Piezoelemente 11 und 15 umfassen und Nuten 25 für die Aufnahme der Lamellen 23 aufweisen. Dabei sind die freien Enden der Lamellen 23 an die Innenfläche des Hohlzylinders angedrückt, der gegen den Ständer 1 und den Teil 5 des Läufers 2 drehbar angeordnet ist. Der Ständer 1 und der Teil 5 sind durch eine Metallhülse 26 miteinander verbunden, an welche eine der Elektroden 19 des Piezoelements 15 an-

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geschlossen und die Bürste 22 angedrückt ist. Die andere Elektrode des Piezoelements 15 ist mit Hilfe eines elastischen Schleifringes 27 an .eine der Elektroden 19 des Piezoelements 11 angeschlossen.

In Fig. 5 und 6 ist eine andere Modifikation des erfind ungsgemäßen Motors gezeigt, dessen Oszillatoren 3 und

6 als piezoelektrische Platten ausgeführt sind, an deren Stirnflächen Lamellen 23 mit einem Ende befestigt sind. Dabei ist der erste Teil 4 im wesentlichen als ein Hohlzylinder aus Kunststoff ausgeführt. In den Hohlzylinder · sind Metallringe 28 eingepreßt, mit deren Innenflächen die freien Enden der Lamellen 23 reibschlüssig zusammenwirken.

In Pig. 7 und 8 ist eins Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors mit Oszillatoren 3 und 6 gezeigt, die als piezoelektrische Platten 11 und 15 ausgeführt sind, an deren Stirnflächen Lamellen 23 mit einem Ende befestigt sind. In der gezeigten Ausführungsvariante stellt der erste Teil 4 des Läufers 2 ein Zylindergehäuse dar, das an der Welle 13 befestigt ist. An die äußere Seitenfläche des Zylindergehäuses ist der Oszillator 3 mit seiner wirksamen Fläche angedrückt und an die Innenfläche - der am zweiten Teil 5 des Läufers 2 mit der Welle 17 angeordnete Oszillator 6.

Bs ist eine andere Ausführungsvariante des piezoelektrischen Motors möglich, die in Fig. 9 und 10 gezeigt ist. In dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist der Oszillator 3 als ein Ring ausgeführt, an dessen innerer Zylinderfläche Lamellen 23 befestigt sind. Der Oszillator 6 ist ebenfalls in Form eines Hinges ausgeführt, an dessen äußerer Zylinderfläche Lamellen 23 befestigt sind. Dabei stellt der erste Teil 4 einen Hohlzylinder dar, an dessen Innenfläche die Lamellen 23 des Oszillators 6 und an dessen Außenfläche die Lamellen 23 des im Gehäuse 9 des Ständers 1 angeordneten Oszillators 3 angedrückt sind. Am Gehäuse 9 ist ein ringförmiger Ansatz 24 mit Wüten 25 für die Aufnahme der Lamellen 23 des Oszillators 3 vorgesehen. Ähnlich dazu weist der zweite Teil 5 des Läufers 2, der an

der Welle 1? angeordnet ist, eine Scheibe mit einem ringförmigen Ansatz 24 auf, der den Oszillator 6 umfaßt und Nuten 25 für die Aufnahme der Lamellen 23 des Oszillators 6 aufweist.

Ks sind auch Ausführungsvarianten der Erfindung möglich, in welchen mindestens eine der wirksamen Flächen der Oszillatoren 3 und 6 in zur Drehachse des Läufers 2 perpendikular verlaufender Ebene liegt. So ist in Fig. und 12 eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrisehen Motors gezeigt, dessen Oszillatoren 3 und 6 als piezo elektrische Platten ausgeführt sind, wobei an deren

einen Stirnfläche die Lamelle 23 mit einem Ende

befestigt ist^wobei am anderen Ende der Lamelle 23 die wirksame Fläche der genannten Oszillatoren 3 und 6 liegt.

Dabei stellt der erste Teil 4 eine Scheibe dar, die in Lagern 18 an der Welle 17 gelagert ist und an deren ebene Fläche der Oszillator 6 mit seiner wirksamen Fläche angedrückt ist, der am an der Welle 1? angeordneten zweiten Teil 5 des Läufers 2 befestigt ist. An die Zylinderfläche de³? genannten Scheibe ist der im Gehäuse 9 des Ständers angeordnete Oszillator 3 mit seiner wirksamen Fläche angedrückt.

In Fig. 13 und 14 ist eine ähnliche Ausführung gezeigt. Der Unterschied besteht darin, daß der Oszillator 3 nicht an die Zylinderfläche der Scheibe, sondern an dessen ebene Fläche mit seiner wirksamen Fläche angedrückt ist.

Bs ist eine weitere AusführungsVariante der Erfindung möglich, in welcher die beiden piezoelektrischen Oszillatoren 3 und 6 (Fig. 15 und 16) am an der Welle 17 angeordneten ersten Teil 4 des Läufers 2 befestigt sind. Der Ständer 1 ist in diesem Fall als ein ZyIindergehäuse ausgeführt, an dessen innere Zylinderfläche der Oszillator 3 mit seiner wirksamen Fläche angedrückt ist. Der zweite Teil 5 ist an der Welle 17 angeordnet und stellt ebenfalls ein Zylindergehäuse dar, an dessen Innenfläche der Oszillator 6 mit seiner wirksamen Fläche angedrückt ist.

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Xn Fig. 17 ist eine Ausführung des erf indungs gemäß en Motors gezeigt, in welcher die Lamellen 23 am ersten Teil 4 des Läufers 2 befestigt sind. Der Ständer 1 und der zweite Teil 5 des Läufers 2 enthalten die piezoelektrisehen Oszillatoren 3 und 6', dis als Hinge mit zylinderförmigen verschleißfesten Einlagen 12 ausgeführt sind, an deren Innenflächen die Lamellen 23 des ersten Teils 4. des Läufers 2 angedrückt sind.

In Fig. 18 und 19 ist eine Ausführung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors gezeigt, dessen Oszillator 3 als eine am Ständer 1 angeordnete piezoelektrische Platte ausgeführt ist. Der Oszillator 3 ist mit seiner wirksamen Fläche an die Zylinderfläche 7 des ersten Teils 4 des Läufers 2 angedrückt. Am ersten Teil des Läufers ist außerdem der Oszillator 6 befestigt, der als eine piezoelektrische Platte ausgeführt ist. Der Oszillator 6 ist mit seiner wirksamen Flachen an die Zylinderfläche 8 des zweiten Teils 5 des Läufers 2 angedrückt.

Es ist eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Motors möglich, in welchem die Oberfläche 7 (Fig. 20 und 21) am Ständer 1 und die Oberfläche ö am ersten Teil 4 des Läufers 2 liegen. In dieser Ausführungsvariante der Erfindung stellt der Ständer 1 ein Zylindergehäuse dar, an dessen innere Zylinderfläche mit seiner wirksamen Fläche der Oszillator 3 angedrückt ist, der am in Lagern 18 an der Welle 17 gelagerten ersten Teil 4 angeordnet ist. Der erste Teil 4 des Läufers 2 stellt im wesentlichen ein Zylinder gehäuse dar, an dessen innere ZyIinderfläche der piezoelektrische Oszillator 6 angedrückt ist, der am an der Welle 17 befestigten zweiten Teil 5 angeordnet ist.

Somit sind in den beschriebenen Ausführungen des erfindungsgemäßen Motors folgende Varianten vorgesehen:

1) Anordnung des Oszillators 3 - am Ständer 1 (Fig. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, I7, 18 und

19) oder am ersten Teil 4 des Läufers 2 (Fig. 15, 16, 20 und 21);

2) Anordnung des Oszillators 6 - am .ersten Teil 4 (Fig. 15, 16, Id- und 19) oder am zweiten Te?!¹ 5 (Fig.l,

2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 17, 20 und 21);

3) Anordnung der Oszillatoren 3 und 6 bezüglich der Oberflächen 7, 8 der reibschlüssigen Zusammenwirkung (es sind beispielsweise Varianten gezeigt, in welchen einer der Oszillatoren 3 oder 6 von aussen (Pig. 1,2,7,8,9,10,11, 12,18 und 19) oder von ihnen (Fig. 3,4,5,6,7,8,9,10,15,16, 20 und 21) angeordnet ist, sowie Varianten, in welchen die wirksame Fläche der Oszillatoren mit der Oberfläche der reibSchlussigen Zusammenwirkung zusammenfällt (Fig. 17) bzw. in der zur Drehachse des Läufers 2 perpendikularen Ebene liegt (Fig. 11, 12, 13 und 14);

4) unterschiedliche Ausführungsforrnen der piezoelektrischen Oszillatoren (Fig. 22 und 23).

Nachstehend werden mögliche Ausführungsvarianten der piezoelektrischen Oszillatoren in einigen Ausführungen des erfindungsgemässen Motors beschrieben (Fig. 22 und 23). Im einfachsten Fall kann jeder der Oszillatoren lediglich aus einem Piezoelement bestehen, das eine der folgenden Formen aufweisen kann:

1) rechtwinklige Platte (Fig. 22a, b) mit Elektroden an gegenüberliegenden Flächen;

2) Zylinder (Fig. 22c), Scheibe (Fig. 22d) mit Elektroden an ebenen Flachen;

3) Hohlzylinder (Fig. ^rd2.e) mit Elektroden an der Mantelfläche;

4) Ring (Fig. 22f) mit Elektroden an Stirnflächen;

5) ein Teil des Ringes oder ein Teil des Hohlzylinders (Fig. 22g, h).

In allen angeführten Ausführungsbeispielen der piezoelektrischen Oszillatoren 3, 6 (Fig. 1-21) bzw. deren Piezoelemente 11, 15 ist es zweckmässig, die Polarisation in Richtung von der Elektrode zu der zweiten Elektrode (Fig. 22, 23; Polarisationsrichtung durch Pfeile angegeben) vorzunehmen.

Es ist empfehlenswert, die piezoelemente 11 und 15 aus piezokeramischem Stoff auf der Basis von Bariumtitanat bzw. Bleizirkonattitanat auszuführen. Die Piezoelemente 11 und 15 in Form einer rechtwinkligen Platte (Fig. 22a,b) können auch aus Quarzkristall ausgeführt werden.

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Es ist zweckmäßig, die Elektroden 19 auf die Oberflächen der Piezoelemente 11 und 15 durch chemische Kupfer- bzw. Mckelabscheidung aufzutragen. Es empfiehlt sich, die als dünne mehradrige Leitung mit Isolation ausgeführten Anschlußdrähte 20 durch Löten mit Zinnlot anzuschließen. Die Form der Piezoelemente 11 und 15 sowie Anordnung der Elektroden 19 können je nach den zusätzlichen Forderungen geändert werden.

Xn komplizierteren Ausführungen enthalten die piezoelektrischen Oszillatoren 3 und 6 piezoelektrisch passive 'feile - Stößel -, die als ein- bzw. -mehrschichtige Lamellen .23 (Pig. 23a, b, c, g, h, i) ausgeführt sind. Beim Einsatz von mehrschichtigen Stößeln (Fig. 23b) kann zwischen diesen eine beispielsweise aus FIuorkunststoff bestehende Schalldämmungsschicht 29 angeordnet werden.

Die Lamellen 23 können aus Metall, beispielsweise aus Stahl, oder aus Kunststoff, beispielsweise aus Getinax, hergestellt werden. In einigen Ausführungsvarianten können sie als Stange oder Bürste ausgeführt sein. (Fig. 23d). Zur Befestigung der Lamellen 23 an den Piezoelementen 11 und 15 sind Nuten 30 vorgesehen, in welche die Lamellen 23 eingeklebt werden (Fig. 23a, b, c, g, h).

Zur Erhöhung der Festigkeit weisen die Oszillatoren 3 und 6 Abschlußringe 31 (Fig. 23e, f, h, i) auf. Die Abschlußringe 31 sind aus festen und, falls erforderlich, aus verschleißfesten Stoffen hergestellt, beispielsweise aus Stahl oder Stoffen auf der Basis von Wolfram- oder Titankarbid.

Die Lamellen 23 werden in die Nuten 30 mit Spoxidleim eingeklebt.sie werden in die Schlitze der· metallischen Abschlußringe eingeklebt, eingelötet bzw. an diesen angeschweißt.

Die Lamellen 23 können nicht nur an den Piezoelementen 11 und I5 befestigt werden. In eingen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Motors können die Lamellen 23 an piezoelektrisch passiven Teilen des Motors angeordnet werden, die in der fiegel eine zylinderförmige Oberfläche aufweisen (Fig. 17).

Der erf iudungsgemäße piezoelektrische Motor funktio.-niert unabhängig davon, wo die Lamellen 23 befestigt sind, an den piezoelektrisch passiven oder aktiven Teilen des u/Lot or s. Von der Befestigungsstelle ist lediglich der Durchmesser der Oberfläche 7j8 der reibschlüssigen Zusammen«)irkung abhängig, mit dessen Vergrößerung das Drehmoment an der Welle zunimmt und die Drehzahl des Läufers 2 abnimmt.

Beim Zusammenbau des Motors werden die Lamellen 25 abgebogen, so daß nach dem Zusammenbau deren unbefestigtes Ende an die entsprechende Oberfläche 7> 8 der reibscnlüssigen Zusammenwirkung angedrückt ist. Die Länge der Lamellen 2$ ist in der Regel größer als der Abstand zwischen dem Piezoelement und der Oberfläche der reibschlüssigen Zusammenwirkung. Das angedrückte finde der Lamelle 23 ist zu der Oberfläche 7 bzw. 8 geneigt angeordnet. Wenn die rechtwinkligen Piezoelemente 11 und 15 verschleißfeste Einlagen 12 aufweisen (Fig. 22a, b), sollen die letzteren zu der Oberfläche 7 bzw. 8 der reibschlüssigen Zusammenwirkung ebenfalls geneigt angeordnet sein. Fehlen die genannten Einlagen 12, sollen die in Form von Platten ausgeführten Piezoelemente 11 und 15 zu der Oberfläche 7 bzw. 8 der reibschlüssigen Zusammenwirkung geneigt angeordnet sein.

im folgenden wird der Kontaktwinkel ©£ zwischen den Motorteilen und den betreffenden Oberflächen 7 und 8 der reibschlüssieeen Zusammenwirkung als den Winkel zwischen der Tangente, die durch den Punkt der Berührung des Oszillators 3 bzw. 6 mit der Oberfläche 7 bzw. 8 läuft, und der Ebene der Anordnung des Oszillators, wenn dieser in Formeiner Platte ausgeführt ist (Fig. 1, 2, 15 und 16), bzw. der Ebene der Lamelle 23» wenn der Oszillator 3 bzw. 6 Lamellen 23 aufweist (Fig. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 18, 19, 20 und 21) oder einer der Motorteile mit dem Oszillator zusammenwirkende Lamellen 23 enthält (Fig. 17). Wenn sich dieser Winkel im Uhrzeigersinn vergrößert, ist er positiv, im anderen Fall ist der Winkel negativ. Wenn man berücksichtigt, daß der Drehsinn des Läufers vom Vorzeichen des Kontaktwinkels U, abhängt,

kann angenommen werden (und das hat sich auf dem Versuchswege bestätigt), daß die Drehzahl des zweiten Teils 5 des Läufers 2 vom Vorzeichen der Kontaktwinkel <s£ abhängig ist. Dabei sind folgende Kombinationen möglich; Ϊ - der Oszillator 3 ist am Ständer 1 und der Oszillator 6 am ersten Teil 4 des Läufers 2 angeordnet (Pig. 18 und 19);

II - der Oszillator 3 ist am ersten Teil 4 des Läufers 2 und der Oszillator 6 am zweiten Teil 5 des Läufers 2 angeordnet (Fig. 20 und 21).

Im Fall I und II ist der erfindungsgemäße Motor nichtumkehrbar, wenn die Kontaktwinkel ^₃C der Oszillatoren 3 und 6 gleiches Vorzeichen haben, und umkehrbar, wenn die Kontaktwinkel umgekehrte Vorzeichen aufweisen; III - der Oszillator 3 ist am Ständer 1 und der Oszillator 6 am zweiten Teil 5 des Läufers 2 angeordnet (Fig. 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 und 17);

IV - der Oszillator 3 ist am ersten Teil 4 des Läufers 2 und der Oszillator 6 ebenfalls am ersten Teil 4 des Läufers 2 angeordnet (Fig. 15 und 16).

Im Fall III und IV ist der erfindungsgemäße Motor umkehrbar, wenn die Kontaktwinkel aL gleiche Vorzeichen haben, und nichtumkehrbar, wenn diese Winkel umgekehrte Vorzeichen aufweisen.
Die Teile des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors, an welchen die Oberflächen 7 und 8 der reibschlüssigen Zusammenwirkung liegen, werden aus hochverschleißfesten harten Stoffen hergestellt. Das können gehärteter Stahl, hartes Gußeisen, Glas, Keramik (vor allem auf der AlgOv-BasiiO, stoffe auf der Basis von Chrom-, Titan- oder Wolframkarbid und andere Stoffe sein. Sie können auch aus einigen Plasten oder Proßholz hergestellt werden.

Die Form der Teile 4 und 5 des Läufers 2 wird je nach den an die Abmessungen und Form des Motors selbst gestellten Forderungen gewählt. Der piezoelektrische Motor ist kompakt, wenn der erste Teil 4 des Läufers 2 als ein Hohlzylinder (Ring) ausgeführt ist, wie es in Fig. 3, 4, 5, 6, 9 und 10 gezeigt ist. In einigen Ausführungsvarian-

ten des erfindungs^emäßen Motors sind an der Mantelfläche dieses Hinges Lamellen 23 mit einem Ende befestigt. In dieser Ausführung enthält der erste Teil 4 des Läufers 2 den Ring mit Lamellen 23, während die Oszillatoren 3 und 6 als .Drehkörper ausgeführt sind.

Es kann ein hochtouriger piezoelektrischer Motor gebaut werden, wenn der erste Teil 4 des Motors als ein Vollzylinder ausgeführt wird, an dessen Mantelfläche Lamellen 23 befestigt werden (Fig. 1?). Wenn die Lamellen an jedem der Piezoelemente 11 und 15 befestigt sind, ist die Winkelgeschwindigkeit des Läufers noch höher. Zylinderförmig können gleichzeitig sowohl der erste als auch der zweite Teil 4 und 5 des Läufers 2 ausgeführt sein (fig. 1,2, 18 und 19).

2cj Die Teile 4 und 5 des Läufers 2 können in einigen Ausführungsvarianten im wesentlichen ein Zylindergehäuse darstellen, wie es in Fig. 7,8,15.,16,2O und 21 gezeigt ist. Durch die Ausführung der Teile 4 und 5 des Läufers in Form eines Zylindergehäuses kann der erfindungsgemäße Motor flach und niedrig gebaut werden. Der piezoelektrische Motor kann noch flacher sein, wenn der erste Teil 4 des Läufers 2 als eine an der Motorwelle befestigte Scheibe ausgeführt wird (Fig. 11, 12, 13 und 14). In diesem Fall sind solche Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Motors möglich, in welchen die wirksamen Flächen der Oszillatoren 3 und 6 mit den ebenen Flächen der Scheibe (Fig. 13 und 14) bzw. die wirksame Fläche des Oszillators 3 mit der Seitenfläche der Scheibe und der Oszillator 6 mit einer der ebenen Flächen der ge-

JO nannten Scheibe (Fig. 11 und 12) zusammenwirken.

Die piezoelektrischen Oszillatoren 3 und 6 können im Ständer bzw. im Läufer verschiedenartig untergebracht werden. Es ist allerdings ratsam, den Oszillator so gut wie möglich von den Wänden bzw. den Befestigungselementen zu isolieren. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, die mit dem Oszillator mechanisch zusammenwirkenden Oberflächen aus Scnalldämpfstoffen (Gummi, Fluorkunststoff u.a.) herzustellen. Diese Oberflächen, wie auoh der Ständer selbst

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samt Gehäuse können aus Plasten ausgeführt werden. Bs empfiehlt sich, zu diesem Zweck wärmebeständige Plaste einzusetzen, insbesondere wenn die Motorleistung mehr als 1 w betragen soll.

^ In den obenbeschriebenen Ausführungsvarianten kann das Andrücken des Ständers 1 und des ersten Teils 4 des Läufers 2 sowie der beiden Teile 4 und 5 des Läufers 2 zwecks deren reibschlüssiger Zusammenwirkung an den betreffenden Oberflächen 7 und 8 auf eine an sioh bekannte Weise erfolgen, z.B. mit Hilfe einer Blattfeder (Fig. 1, 2, 11, 13, 18 und 19), einer zylindrischen Feder mit Hebel (Fig. 7, 8, 12, 15, 16, 20 und. 21), eines Magneten, eines Elektromagneten u.a.m. Beim Einsatz der Lamellen erfolgt das Andrüoken außerdem durch die Elastizität dieser Lamellen, die mit den entsprechenden Oberflächen in Berührung kommen (Fig. 3, 4, 5, 6, 9, 10 und 17).

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Motor weist mindestens zwei piezoelektrische Oszillatoren auf, die abwechselnd an die Speisequelle 32 (Fig. 24) angeschlos- sen werden. In der vorliegenden Beschreibung der Erfindung wird eine Schaltung für den Anschluß der Speisequelle 32 vorgeschlagen, die in Fig. 24 dargestellt ist.

Beim Einschalten des Schalters 33 (es sei hier erwähnt, daß die Einschaltung mechanisch bei einem mechanischen Schalter bzw. durch elektrische Spannung bei einen

Transistorschalter erfolgt) wird eine Wechselspannung mit einer der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Oszillators gleichen oder etwa gleichen Frequenz von der Speisequelle 32 an die Elektroden 19 des Piezoelements 11 des piezoelektrischen Oszillators 3 gelegt, wo sie auf Grund des reziproken Piezoeffekts in elastische mechanische Schwingungen umgewandelt wird. Dabei werden me~ ohanische Wellen erzeugt, die aus dem Piezoelement in andere Teile des piezoelektrischen Oszillators, insbesondere in die verschleißfeste Einlage 12 (Fig. 1,2,15,16 und 17) bzw. in die Lamellen 23 (Fig. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, Ια, 19, 20 und 21) übergehen.

Durch mehrfache Rückstrahlung der elastischen me-

chanischen Wellen von den Kanten des piezoelektrischen Oszillators sowie durch deren Überlagerung in Richtung der Wellenausbreitung werden stehende Wellen erzeugt. Die Schwingungsamplitude der Teilchen in diesen Wellen ist am größten, wenn die !Frequenz der Speisequelle der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Oszillators in Ausbreitungsrichtung der elastischen Wellen gleich ist. Die Entstehung der stehenden Wellen elastischer mechanischer Schwingungen führt zu starken Bewegungen der Teile des Oszillators 3 im. Bereich der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen dem Läufer und dem Stander.

Die gegenwärtige Theorie der Wirkungsweise des piezoelektrischen Motors besagt, daß in der Zone der reibschlüssigen Zusainmenwirkung zwischen dem Läufer und dem Ständer zwei Arten von gegenseitig perpendikular phasenverschobenen Schwingungen auftreten. Die Schwingungen einer Art werden, wie es oben erläutert wurde, auf Grund des Piezoeffekts erzeugt. Die Schwingungen anderer Art werden durch die Energie des ersten Typs bei Bewegungen der Lamelle bzw. des Endes der piezoelektrischen Platte an der Zylinderfläche der reibschlüssigen Zusainmenwirkung des ersten Teils 4 des Läufers 2 erzeugt.

Durch Überlagerung dieser Schwingungen weist die in der Zone des mechanischen Kontakts wirkende Kraft eine Gleichkomponente auf. Durch die Gleichkomponente der am. ersten l'eil 4 des Läufers 2 angreifenden Kraft wird am Läufer 2 ein Drehmoment erzeugt, das der angreifenden Kraft und dem Durchmesser des Läufers proportional ist. Dieses Moment verursacht die Drehung des ersten Teils

JO des Läufers 2. Da der zweite Teil 5 des Läufers 2 mit dem ersten Teil 4 reibschlüssig verbunden ist, beginnt er sich mit dem ersten Teil 4 in derselben Richtung zu drehen und setzt dabei die Motorwelle I¹/ in Drehung.

Nach dem Ausschalten des Schalters 33 un<3 -tSinschalten des Schalters 34 wird die Wechselspannung von der Speisequelle 32 an die Elektroden 19 des Piezöelements 15 des zweiten piezoelektrischen Oszillators 6 angelegt, in welchem auf ähnliche Weise mechanische Wellen erzeugt werden und ein Drehmoment entsteht, das die Drehung des

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zweiten Teils 5 des Läufers 2 verursacht. Ist der Motor umkehrbar ausgeführt, so ändert sich die Drehrichtung des zweiten CDeils 5 des Läufers 2 mit der Welle 17 auf umgekehrte gegenüber dem Fall, wenn der erste piezoelektrisehe Oszillator 3 an die Speisequelle angeschlossen ist.

Wenn der Motor nichtumkehrbar ist und die Durchmesser der Zylinderflächen der reibschlüssigen Zusaininenwirkung des ersten Oszillators 3 und des zweiten Oszillators 6 nicht gleich sind, ändert sich die Starrheit der Belastungskennlinie, üiine solche Eigenschaft soll beispielsweise der Motor des Seitenteils eines Tonbandgeräts beim Übergang vom Abspielgang auf beschleunigten Vorlauf _t ■ besitzen.

Wenn der Motor nicht umkehrbar ist und die beiden Schalter 33 und 34 gleichzeitig eingeschaltet sind, werden die Winkelgeschwindigkeiten des zweiten Teils 5 des Läufers 2 bei Einschaltung Jedes Schalters 35 oder 34 addiert und für den umkehrbaren Motor dividiert» Das Drehmoment ist im ersten Fall dem größten und im zweiten Fall dem kleinsten von den beiden Drehmomenten gleich, die duxch jeden Oszillator erzeugt werden. Bei der ersten von den beiden beschriebenen Einschaltvarianten läßt sich die Drehzahl der Motorwelle diskret erhöhen. Im zweiten Fall lassen sich sehr geringe Drehzahlen bei Einhaltung des Drehmoments erzielen. Dabei wird die Drehzahl duroh Stabi-' lisierung der Drehzahl des eines Teils des Läufers gegenüber dem anderen Läuferteil stabilisiert. Die Stabilisierung läßt sich problemlos auf eine beliebige an sich bekannte Weise durchführen.

Beim gleichzeitigen Anschließen der Oszillatoren 3 und 6 an eine gemeinsame Speisequelle 32 ist es zweckmäßig, die Arbeitsfrequenzen der Oszillatoren so zu wählen,dass sie sich nicht mehr als um 0,5 % unterscheiden. Beim getrennten Anschließen ist eine Abweichung der Arbeitsfrequ- enz jedes Oszillators 3 und 6 von 3 % zulässig, da jedes Piezoelement ein frequenzbestimmendes Glied (wie Quarz in tyuarzgeneratoren) darstellt.

Dank dem Einsatz von zwei Wellen, die mit ver-

schiedener Drehzahl und nötigenfalls in unterschiedlicher Richtung laufen, können im Vergleich zu den bekannten Einwellen-fviotoren neue Aufgaben gelöst werden.

Die Erprobung des erfindungsgemäßen piezoelektrisehen Motors bestätigte die Nützlichkeit der vorgeschlagenen technischen Lösung. Auf dieser Grundlage sind piezoelektrische Umicehrniotoren entwickelt, deren Wirkungsgrad 30 % überschreitet. Für Umkehrmotoren sind Anlauf moniente von ⁴'⁹ N.m erreicht. Diese Motoren sichern eine Genauigkeit von VJ iikelverstellungen von mindestens Winkelsekunde bzw« ermöglichen die Ausführung von Feinvers te Hunden auf 1 um ,,Im Satz mit dem Geber der Winkellage sichern sie die Arbeit im Schrittbetrieb, wobei die ßetriebswerte viel besser als bei den bekannten Schrittmotorn sind, während die Abmessungen, Masse, der Preis und der Arbeitsaufwand für die Herstellung der erfindungsgemäßen lüotoren wesentlich verringert werden.

Oben sind konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung angeführt, welche verschiedene Anwendungen und Ergänzungen zulassen, die für den Fachmann auf dem betreffenden Gebiet der Technik offenkundig sind. Die Erfindung bleibt somit nicht auf die obenbeschriebenen Beispiele und die einzelnen Elemente beschränkt,, es sind auch Änderungen zulässig, wobei der Erfindungstatbestand im Rahmen der beigelegten Patentansprüche erhalten bleibt.

Claims

Kievsky PoIitekhnichesky Institut imeni 50-letia Velikoi Oktyabrskoi Sotsialisticheskoi Revoljutsii Kiev, UdSSR Piezoelektrischer Motor Patentansprüche

1. Piezoelektrischer Motor mit einem Ständer und einem Läufer, wobei Ständer oder Läufer mindestens einen piezoelektrischen Oszillator enthalten und wobei der Läufer und der Ständer aneinander in der Anordnungsstelle der wirksamen Fläche des piezoelektrischen Oszillators zwecks deren reibschlüssiger Zusammenwirkung an der Oberfläche angedrückt sind, die durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Läufer (2) aus einem ersten und einem zweiten Teil (4) und (5) besteht, von denen einer mindestens einen zusätzlichen piezoelektrischen Oszillator (6) enthält, wobei der erste Teil (4) mit dem Ständer (1) reibschlüssig zusammenwirkt, die genannten Teile (4) und (5) um die Drehachse des Läufers (2) gegenseitig drehbar ausgeführt und aneinander in der Anordnungsstelle des zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators (6) zwecks reibschlüssiger Zusammenwirkung dieser Teile (4), (5) an einer anderen Oberfläche (8) angedrückt sind, die durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die

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Drehachse des Läufers (2) gebildet ist.

2. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Oberfläche (7) der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen dem ersten Teil (4) des Läufers (2) und dem Ständer (1) am genannten Ständer (1) und die Oberfläche (8) der reibschlüssigen Zusammenwirkung der beiden Teile (4) und (5) des Läufers (2) am ersten Teil

(4) des Läufers (2) liegt.

3. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Oberfläche (7) der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen dem ersten Teil (4) des Läufers (2) und dem Ständer (1) am genannten Ständer (1) und die Oberfläche (8) der reibschlüssigen Zusammenwirkung der beiden Teile (4) und (5) des Läufers {2) am zweiten Teil

(5) des genannten Läufers (2) liegt.

4. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/

daß die Oberfläche (7) der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen dem ersten Teil (4) des Läufers (2) und dem Ständer (1) am ersten Teil (4) des genannten Läufers (2) und die Oberfläche (8) der reibschlüssigen Zusammenwirkung der beiden Teile (4) und (5) des Läufers (2) am zweiten Teil (5) des Läufers (2) liegt.

5. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Oberfläche (7) der reibschlüssigen Zusammenwirkung zwischen dem ersten Teil (4) des Läufers (2) und dem Ständer (1) und die Oberfläche (8) der reibschlüssigen Zusammenwirkung der beiden Teile (4) und (5) des Läufers (2) am ersten Teil (4) des Läufers (2) liegen.

6. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ständer (1) einen Körper enthält, wobei ein Teil dessen Oberfläche durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers (2) gebildet ist.

7. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der genannte Teil der Oberfläche des Ständers (1) die wirksame Fläche mindestens eines im Ständer (1) angeordneten piezoelektrischen Oszillators (3) darstellt, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren zweites Ende am ersten Teil (4) des Läufers (2) befestigt ist.

8. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Teil (4) mindestens einen piezoelektrischen Oszillator (3) enthält, dessen wirksame Fläche an die genannte Oberfläche des Ständers (1) angedrückt ist.

9. Piezoelektrischer Motor nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Teil (4) des Läufers (2) einen Körper enthält, wobei ein Teil dessen Oberfläche durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers 2 gebildet ist.

10. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet,

daß der genannte Teil der Oberfläche die wirksame Fläche mindestens eines zusätzlichen im ersten Teil (4) des Läufers (2) angeordneten piezoelektrischen Oszillators (6) darstellt, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren anderes Ende am zweiten Teil (5) des Läufers (2) befestigt ist.

11. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet,

daß der zweite Teil (5) des Läufers (2) mindestens einen zusätzlichen piezoelektrischen Oszillator (6) enthält, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil der Oberfläche des ersten Teils (4) des Läufers (2) angedrückt ist.

12. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet,

daß der genannte Teil der Oberfläche des ersten Teils (4) des Läufers (2) die wirksame Fläche mindestens eines im ersten Teil (4) angeordneten piezoelektrischen Oszillators (3) darstellt, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren anderes Ende am Ständer (1) befestigt ist.

13. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 4 und 9 bzw. 5 und 9, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ständer (1) mindestens einen piezoelektrischen Oszillator (3) enthält, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil der Oberfläche des ersten Teils (4) des Läufers (2) angedrückt ist,

14. Piezoelektrischer Motor nach·Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der zweite Teil (5) des Läufers (2) einen Körper enthält, wobei ein Teil dessen Oberfläche durch Drehen mindestens eines Abschnitts einer Geraden um die Drehachse des Läufers (2) gebildet ist.

15. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß der genannte Teil der Oberfläche des zweiten Teils (5) des Läufers (2) die wirksame Fläche mindestens eines zusätzlichen im zweiten Teil (5) des Läufers (2) angeordneten piezoelektrischen Oszillators (6) darstellt, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren anderes Ende am ersten Teil (4) des Läufers (2) befestigt ist.

16. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Teil (4) des Läufers (2) mindestens einen zusätzlichen piezoelektrischen Oszillator (6) enthält, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil der Oberfläche des zweiten Teils (5) des Läufers (2) angedrückt ist.

17. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Teil (4) des Läufers (2) mindestens zwei Körper enthält, wobei deren Oberfläche zum Teil jeweils durch Drehen mindestens eines Abschnittes einer Geraden um die Achse des Läufers (2) gebildet ist.

18. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß der besagte Teil der Oberfläche eines Körpers wirksame Fläche mindestens eines piezoelektrischen Oszillators (3) darstellt, der im ersten Teil (4) des Läufers (2) angeordnet ist, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren anderes Ende am Ständer (1) befestigt ist.

19. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ständer (1) mindestens einen piezoelektrischen Oszillator (3) aufweist, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil eines Körpers des besagten ersten Teiles (4) des Läufers (2) angedrückt ist.

20. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß der genannte Teil der Oberfläche des anderen Körpers die wirksame Fläche mindestens eines zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators (6) darstellt, der im ersten Teil (4) des Läufers (2) angeordnet ist, wobei an die genannte wirksame Fläche mit einem Ende mindestens eine Lamelle angedrückt ist, deren anderes Ende am zweiten Teil (5) des Läufers (2) befestigt ist.

21. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß der zweite Teil (5) des Läufers (2) mindestens einen zusätzlichen piezoelektrischen Oszillator (6) aufweist, dessen wirksame Fläche an den genannten Teil des anderen Körpers des besagten ersten Teiles (4) des Läufers (2) angedrückt ist.

22. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 7, 10, 12, 15, 18, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kontaktwinkel mindestens einer der Lamellen (23) gegen die wirksame Fläche des piezoelektrischen Oszillators (3) und der Kontaktwinkel mindestens einer der Lamellen (23) gegen die wirksame Fläche des zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators (6) gleiche Vorzeichen haben.

23. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 7, 10, 12, 15, 18, 20, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kontaktwinkel mindestens einer der Lamellen (23) gegen die wirksame Fläche des piezoelektrischen Oszillators (3) und der Kontaktwinkel mindestens einer der Lamellen (23) gegen die wirksame Fläche des zusätzlichen piezoelektrischen Oszillators (6) umgekehrte Vorzeichen haben.

24. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens einer der genannten piezoelektrischen Oszillatoren (3) und (6) innerhalb der mit ihm kontaktierenden Oberflächen (7) und (8) der reibschlüssigen Zusammenwirkung angeordnet ist.

25. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens einer der genannten piezoelektrischen Oszillatoren (3) und (6) außerhalb der mit ihm kontaktierenden Oberflächen (7) und (8) der reibschlüssigen Zusammenwirkung angeordnet ist,

26. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die wirksame Fläche mindestens eines der genannten piezoelektrischen Oszillatoren (3) und (6) in der zur Drehachse des Läufers (2) senkrecht verlaufenden Ebene liegt.

27. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 24, 25, 26, dadurch gekennzeichnet,

daß eines der Piezoelemente (11) und (15) mindestens eines der genannten piezoelektrischen Oszillatoren (3) und (6) in Form einer Platte ausgeführt ist.

28. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 24, 25, 26, dadurch gekennzeichnet,

daß eines der Piezoelemente (11) und (15) mindestens eines der genannten piezoelektrischen Oszillatoren (3) und (6) in Form eines Drehkörpers oder eines Teils eines Drehkörpers ausgeführt ist.

29. Piezoelektrischer Motor nach einem beliebigen Anspruch 8, 11, 13, 16, 19, 21,

dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens eine Lamelle (23) mit einem Ende mindestens an einer der Oberflächen mindestens eines Piezoelementes (11, 15) der piezoelektrischen Oszillatoren (3 und 6) befestigt und am anderen Ende mit wirksamer Fläche des besagten betreffenden Oszillators (3 4ind 6) vorgesehen ist.

30. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 27 oder 29, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kontaktwinkel mindestens einer der genannten Lamellen (23) gegen die Oberfläche (7) der reibschlüssigen Zusammenwirkung des ersten Teiles (4) des Läufers (2) und Ständers (1) und der Kontaktwinkel mindestens einer der genannten Lamellen gegen die Oberfläche (8) der reibschlüssigen Zusammenwirkung des ersten (4) und zweiten Teils (5) des Läufers (2) gleiche Vorzeichen haben.

31. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 27 oder 29, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kontaktwinkel mindestens einer der genannten Lamellen (23) gegen die Oberfläche (7) der reibschlüssigen Zusammenwirkung des ersten Teils (4) des Läufers (2) und Ständers (1) sowie der Kontaktwinkel mindestens einer der genannten Lamellen gegen die Oberfläche (8) der reibschlüssigen Zusammenwirkung des ersten (4) und zweiten Teils (5) des Läufers (2) umgekehrte Vorzeichen haben.