DE3433768C2 - - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
-
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- H02N2/106—Langevin motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen piezo-elektrischen Motor
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er durch die
SU-5 76 648 bekannt ist.
Entsprechende piezo-elektrische Motoren sind auch als
sogenannte "Woodpecker"-Motoren bekannt. Fig. 1 zeigt
einen wesentlichen Teil eines "Woodpecker"-Motors, in
dem vier Langevin-Resonatoren 1, 2, 3 und 4 zylindrischer
Gestalt durch einen Bolzen 5 fest miteinander verbunden
sind. Beide Endflächen der Resonatoren 3 und 4 vibrie
ren in axialer Richtung, wenn über Anschlüsse 12 und 13
eine Hochfrequenzspannung an die Elektrodenplatten 6
und 7 angelegt wird. Mehrere Stangen 8 sind an einer
Seitenfläche eines Rotors 9 befestigt und stehen von
diesem schräg ab. Der Rotor 9 wird von einem Lager 10
getragen. Alle freien Enden der Stangen 8 stoßen an die
Endfläche des Elementes 4 an, so daß die Stangen 8 bei
Vibrationen des Resonators 4 mit ihren an die Endfläche
des Resonators 4 angedrückten freien Enden bogenförmig
gekrümmt werden, wodurch sie zur Drehung des Rotors auf
der Welle 11 ein Drehmoment am Rotor 9 erzeugen. Da der
"Woodpecker"-Motor sich durch das Stoßen der Stangen 8
gegen die Endfläche des Resonators 4 dreht, wird die
Endfläche des Resonators 4 schnell beschädigt und die
Stangen 8 sowie die Endfläche des Resonators 4 sind
schnell verschlissen.
Aus der DE-OS 29 10 699 bist ein piezo-elektrischer Motor
mit mindestens einem Vibrationselement bekannt, das von
einem piezo-elektrischen Element in Schwingungen ver
setzt wird und über eine ebene Fläche ein bewegliches
Teil durch Flächenkontakt unter einer Anpreßkraft an
dessen ebenfalls ebener Fläche antreibt. Die Umwandlung
der Axialschwingungen in Drehschwingungen erfolgt mit
Hilfe von einer parallel zu den ebenen Kontaktflächen
zwischen Vibrationselement und Rotor verlaufenden Ebene
angeordneten Stäben, die in dieser Ebene gleichgerich
tet schräg von einem zylindrischen Resonator abstehen.
Diese Stäbe verstärken die Drehschwingungen hinsicht
lich ihrer Amplituden. Allerdings können sie nur die
aufgrund des zylindrischen Resonators entstehenden
relativ schwachen Drehschwingungen verstärken.
Aus der DE-OS 29 10 698 ist ein weiterer piezo-elek
trischer Motor mit mindestens einem Vibrationselement
bekannt, das von einem piezo-elektrischen Element in
Schwingungen versetzt wird, wobei der Antrieb über
konische Flächen durch Flächenkontakt erfolgt. Der
zylindrische Resonator weist in seiner Mantelfläche
nutförmige geneigte Schlitze auf, die dazu dienen, die
Längsschwingungen in Drehschwingungen zu verwandeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezo-
elektrischen Motor der eingangs genannten Art zu schaf
fen, bei dem die Vibrationselemente eine erhöhte
Standzeit aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die
Merkmale des Anspruchs 1.
Die Kombination des piezo-elektrischen Elementes mit
einem federnd stauchbaren Biegeschwingungskoppler er
möglicht, wie besonders anschaulich an den einen ro
tierenden Motor repräsentierenden Ausführungsbeispielen
gezeigt werden kann, die Kopplung der axialen Schwin
gung des piezo-elektrischen Elementes mit den in den
Biegeschwingungskopplern induzierten Torsionsschwin
gungen, so daß sich bezogen auf die Endfläche des
Vibrationselementes bei einem rotatorischen Antrieb
eine spiralförmig elliptische Bewegung ergibt. Die Ex
pansion und Kontraktion des piezo-elektrischen Elemen
tes wird überlagert durch Biegeschwingungen der Rippen
des Biegeschwingungskopplers, der seinerseits in axi
aler Richtung federnd stauchbar ist. Die Überlagerung
der Schwingungen ergibt ein außerordentlich hohes An
triebsmoment.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun
gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines konventionellen
piezo-elektrischen Motors,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Spiralform-Resona
toranordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungs
beispiels eines erfindungsgemäßen piezo-
elektrischen Motors,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils der
Spiralform-Resonatoranordnung gemäß Fig. 2,
Fig. 5 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils
eines zweiten Beispiels eines erfindungsge
mäßen piezo-elektrischen Motors,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungs
beispiels eines erfindungsgemäßen piezo-
elektrischen Motors,
Fig. 7 einen Querschnitt durch ein drittes Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 8 eine Frontansicht eines vierten Ausführungs
beispiels,
Fig. 9 eine Seitenansicht von Fig. 8 und
Fig. 10 einen Querschnitt durch ein fünftes Ausfüh
rungsbeispiel.
Ein Ultraschall-Spiralform-Resonator 30, dessen Einzel
heiten im folgenden beschrieben werden, und ein gabel
förmiges Drehteil 40 mit zwei Armen 40a und 40b sind
miteinander über einen Verbindungsbolzen verbunden
(Fig. 2 und 3).
Der Spiralform-Resonator 30 besteht aus einer Stütz
platte 38, die an einem nicht dargestellten feststehen
den Rahmen befestigt ist, und aus zwei Drehschwingungs
kopplern 33 und 34, die mehrere Rippen 33x und 34x auf
weisen, die jeweils in Richtung auf die Stützplatte 38
unter "schrägen" Winkeln verlaufen. Die Drehschwingungs
koppler 33 und 34 sind zu beiden Seiten der Stützplatte
38 angeordnet. Die Enden der schräggestellten Rippen
33x und 34x sind fest mit der Stützplatte 38
verbunden. Jede der linksseitigen Rippen 33x und der
rechtsseitigen Rippen 34x kann aus einer durchgehenden
einzigen Platte gebildet sein, deren mittlerer Teil in
einem radialen Schlitz 38x, der in der Stützplatte 38
gebildet ist, eingefügt ist. Zwei piezo-elektrische
Elemente 31 und 32 bzw. Vibrationselemente sind an bei
den Außenseiten der Drehschwingungskoppler 33 und 34
angeordnet. Die piezo-elektrischen Elemente 31 und 32
bestehen aus einem keramischen Material aus einer
Pb(Zr-Ti)O3-Verbindung. Jedes piezo-elektrische Element
hat eine zylindrische Form und ist in axialer Richtung
polarisiert. Zwei Resonatorelemente 35 und 36 aus hoch
festem Aluminium sind an beiden Außenseiten der piezo-
elektrischen Elemente 31 und 32 angeordnet. Diese
Vibrationselemente 31, 32, 33, 34, 35 und 36 werden mit
einer Kombination aus einem Bolzen und Muttern 37 mit
einander fest verbunden. Die Drehschwingungskoppler 33
und 34 sind einstückig geformt. Beim Festziehen dieser
Elemente mit Hilfe des Bolzens und Muttern 37 werden
die Elemente 31, 32, 33, 34, 35 und 36 leicht verdreht, und
die Gesamtlänge reduziert sich aufgrund einer federnden
Deformation der Rippen 33x und 34x. Beim Anlegen einer
Hochfrequenzspannung an die piezo-elektrischen Elemente
31 und 32 schwingen diese unter Expansion und Kontrak
tion mit Ultraschallfrequenz, wodurch die Elemente
33, 34, 35 und 36 mit einer Resonanzfrequenz, die dieser
Ultraschallfrequenz entspricht, schwingen, so daß die
Resonatorelemente 35 und 36 in axialer Richtung der
jeweiligen Elemente 31 bis 36 mit einer Drehschwingung
gegen die Stützplatte 38 aufgrund der Kontraktion und
Expansion der Rippen 33x und 34x schwingen, wodurch der
Spiralform-Resonator 30 in der besagten Spiralform schwingt. Der
Schwingungsweg der Spiralformschwingung ist in Fig. 4
erläutert. Bei Expansion der piezo-elektrischen Elemen
te 31 und 32 wird die Endfläche des Resonatorelementes
36 in eine durch die strichpunktierte Linie x angedeu
tete Position gebracht und kehrt in die durch die aus
gezogene Linie gezeigte Position zurück, wobei diese
Bewegung wiederholt wird. Zusätzlich werden bei Expan
sion der piezo-elektrischen Elemente 31 und 32 die Rip
pen 33x und 34x verformt und das Resonatorelement 36
wird in Drehschwingungen versetzt, so daß die Endfläche
des Elementes 36 auch in Umfangsrichtung, wie durch die
Pfeilmarkierung K gezeigt, schwingt. Die resultierende
Bewegung der beiden Schwingungsarten ist durch die
Pfeilmarkierung Q angedeutet;
sie wird als
die Spiralform-Schwingung bezeichnet. Es sei bemerkt, daß
die in Fig. 2 gezeigten Muttern 37 nicht in der Anord
nung gemäß Fig. 3 notwendig sind, wenn Gewindebohrungen
in den Innenflächen 35y und 36y der Resonatorelemente
35, 36 vorgesehen sind, damit diese mit beiden Enden des
durch die Elemente 31 bis 34 hindurchgeführten Bolzens
verschraubt werden können.
Der Spiralform-Resonator 30 gemäß Fig. 3 ist in dem
Zwischenraum zwischen den beiden Armen 40a und 40b des
Drehteils 40 mit den Endflächen 35a und 36a der Resona
torelemente 35 und 36 eingefügt. Diese Endflächen sind
eben und den ebenen Gleitflächen 44,45 der Arme 40a und
40b gegenüber angeordnet. Schrauben 41 werden an den
Resonatoren 35 und 36 unter Zwischenlage von Hülsen 46
und Kugellagern 42 derart festgezogen, daß die Arme 40a
und 40b gegen die Endflächen 35a und 36a gedrückt wer
den, wodurch die Gleitflächen 44,45 fest an die End
flächen 35a und 36a unter Reibung stoßen. Beim Anlegen
einer Sägezahn-Hochfrequenzspannung mit 32 kHz und
ungefähr 30 V an die Endflächen 35a und 36a
rotiert das Drehteil 40 um die Achse des Spiralform-Re
sonators 30 aufgrund der spiralförmigen Schwingung der
Resonatorelemente 35 und 36. Im einzelnen wird unter
der Annahme, daß das Resonatorelement 36 (oder 35) sich
gemäß den in Fig. 4 gezeigten strichpunktierten Linien
ausdehnt, das Resonatorelement 36 in die Richtung K1
verdreht. Bei Kontraktion wird das Resonatorelement 36
in die Richtung K2 verdreht. Auf diese Weise wird bei
expandiertem Resonatorelement 36 (oder 35) die End
fläche 36a fest gegen die Gleitfläche 45 des Arms 40b
in die Richtung K1 drehend gedrückt, wodurch der Arm 40
in die Richtung K1 gedreht wird. Bei Kompression des
Resonatorelementes 36 wird der Eingriff der Endfläche
36a mit der Gleitfläche 45 gelöst, wobei sich das Re
sonatorelement 36 in die Richtung K2, ohne das Drehteil
40 zu bewegen, dreht. Bei Wiederholung dieses Bewe
gungsablaufes kann das Drehteil 40 in die Richtung K1
gedreht werden.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser
der Elemente 31, 32 30 mm, der Durchmesser der Elemente
35, 36 50 mm und die Länge zwischen den Endflächen 35a
und 36a 60 mm. Ein Gegenstand mit einer Masse von 1,5
kg, der an einem mit dem Drehteil 40 verbundenen Hebel
auf gehängt ist, kann aufgrund der Rotation des Dreh
teils 40 nach oben gehoben werden. Nachdem der Gegen
stand hochgehoben ist und die angelegte Spannung aus
geschaltet wird, bleibt der Gegenstand in der hochge
hobenen Position. Durch Anlegen einer Gleichspannung an
das Drehteil 40 wird der Eingriff der Endflächen 36a
mit der Gleitfläche 45 aufgrund der Kompression des
Resonators 36 gelöst. Die Arme 40a, 40b des Drehteils 40
sind dann gelöst, so daß der Gegenstand langsam herab
gelassen wird. Diese Anordnung ist ein Beispiel für die
Anwendung des piezo-elektrischen Spiralschwingungsmo
tors in einem Roboterarm.
Das erste Ausführungsbeispiel weist eine Anordnung mit
zwei Endflächen (35a, 36a) der Resonatorelemente 35 und
36 auf, um ein großes Drehmoment zu erhalten. Der
Spiralform-Schwingungsmotor kann auch mit nur einer
Endfläche des Vibrationselementes verwendet werden, da
der Spiralform-Resonator 30 eine symmetrische Anordnung
in bezug auf die Stützplatte 38 aufweist. Fig. 5 zeigt
ein piezo-elektrisches Element 51 mit 50 mm Durchmesser,
einen Drehschwingungs-Koppler 53 mit 50 mm Durchmesser
und einen Stator 52, die Seite an Seite angeordnet sind
und untereinander sowie mit einem Resonatorelement 55
mit 80 mm Durchmesser durch einen nicht dargestellten
Bolzen verbunden sind. Der Stator 52 ist an einem nicht
dargestellten stationären Teil mit einem in einer Aus
sparung 54 eingefügten Teil befestigt. Eine Gleitfläche
56a eines Rotors 56 mit einer Welle 60 liegt der End
fläche 55a des Resonatorelementes 55 gegenüber, wobei
die Welle 60 von einem Lager 57 getragen wird. Eine den
Anpreßdruck einstellende Mutter 59 ist auf die Welle 60
aufgeschraubt, um die Länge einer Schraubenfeder 58
einzustellen, um den
Ring 57 und den Rotor 56 anzudrücken.
Dabei wird die Gleit
fläche 56a gegen die Endfläche 55a des Resonatorelemen
tes 55 angedrückt. Durch Anlegen einer Hochfrequenz
spannung von 25 kHz und 30 V an den Stator 52 und das
piezo-elektrische Element 51 über eine Leitung 61 wird
der Rotor mit einer Drehzahl von 300 U/min gedreht. Das
dabei entstehende Drehmoment ist so groß, daß der Rotor
nicht mit der Hand angehalten werden kann. Aufgrund
einer großen Gleitfläche erhält man ein großes Dreh
moment. Die elektrische Eingangsleistung beträgt dabei
35 Watt.
In Fig. 6 ist der in Fig. 3 gezeigte Spiralform-Schwin
gungsmotor von einem zylindrischen Gehäuse 62 umgeben,
wobei die Endflächen der Resonatorelemente 35,36 gegen
die jeweiligen Gleitflächen 56a, die Wellen 60 aufwei
sen, angedrückt werden. Es sei bemerkt, daß in dem Aus
führungsbeispiel der Fig. 6 die Richtung der schräg
stehenden Ebenen der Rippen 33x und 34x der Dreh
schwingungskoppler 33 und 34 auf beiden Seiten der
Stützplatte 63 gleich sind, wodurch sich der Rotor 56R
auf der rechten Hälfte in umgekehrter Drehrichtung in
bezug auf die Drehrichtung des Rotors 56L auf der lin
ken Hälfte dreht. Die Stützplatte 63 ist fest mit dem
zylindrischen Gehäuse 62 verbunden.
Der Anpreßdruck der Gleit
fläche ist wesentlich für die Höhe des Drehmomentes.
Daher kann der Anpreßdruck mit einem Einstellteil 59,
wie in dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 5 gezeigt, eingestellt werden. Das Einstell
teil 59 ist innerhalb des Gehäuses 62 angeordnet und
die Federspannung der Schraubenfeder 58 wird durch
Drehung des Einstellteils 59 eingestellt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist der Spiral
form-Resonator 30 in einem zylindrischen Gehäuse
60a, 60b angeordnet, das aus einer rechten Hälfte 60a
und einer linken Hälfte 60b besteht. Der Spiralform
Resonator 30 ist im Gehäuse 60a, 60b gegen Drehung ge
sichert, indem die sechseckigen Muttern 88 in den Aus
sparungen 86 eingebettet sind, die in der Innenfläche
jeder Gehäusehälfte 60a, 60b eingelassen sind. Außerdem
sind von jeder Gehäusehälfte 60a, 60b hervorstehende
Stangen 87 in Bohrungen den Resonatorelementen 35 und 36
eingefügt. Die Drehschwingungskoppler 33 und 34
bestehen aus mehreren Rippen 33x, 34x aus biegbaren
Federplatten, deren jeweilige Enden fest an der Stütz
platte 38 befestigt sind, so daß die
Federplatten 33x und 34x bei Expansion der piezo
elektrischen Elemente 31 und 32 gestaucht oder bogen
förmig gekrümmt werden. Die Stützplatte 38 wird von der
rechten Gehäusehälfte 60a und der linken Gehäusehälfte
60b über Kugellager 64 drehbar gehalten. Die piezo
elektrischen Elemente 31, 32, die Drehschwingungskoppler
33, 34 und die Resonatorelemente 35, 36 sind über einen
nicht dargestellten Bolzen untereinander verbunden und
durch die Muttern 88 an beiden Enden des Bolzens be
festigt. Die Stützplatte 38 steht radial von dem Ge
häuse 60a, 60b ab und weist einen Ringflansch 65 aus
Bronze auf. Ein Rotor 66 in Form einer ringförmigen
Platte ist drehbar um das Gehäuse 60a, 60b über ein
Kugellager 67′ gelagert, das in der inneren Umfangswand
des Rotors 66 eingepaßt ist, so daß der Rotor direkt an
eine Seitenfläche des Ringflansches 65 anstößt. Der
Rotor 66 wird über ein Kugellager 69 gegen den Ring
flansch 65 angedrückt. Das Kugellager ist am Ende der
jeweiligen piezo-elektrischen Elemente, die als An
preßelemente 67 dienen und fest an einem stationären
Rahmen 68 befestigt sind, angeordnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser
der Resonatorelemente 35, 36 35 mm und die Länge zwischen
den Endflächen der Resonatorelemente 35, 36 44 mm. Der
äußere Durchmesser des Ringflansches 65 beträgt 60 mm
und seine Dicke 3.
Bei diesem Motor tritt die Torsionsschwingung an der
Stützplatte 38 beim Anlegen einer Hochfrequenzspannung
an die piezo-elektrischen Elemente 31 und 32 auf. In
einem solchen Zustand rotiert der Rotor 66 beim Anlegen
einer Hochfrequenzspannung in Phase mit der den piezo-
elektrischen Elementen 31 und 32 zugeführten Hoch
frequenzspannung in eine Drehrichtung durch Wieder
holung des Anstoßens des Rotors gegen den Ringflansch
65 aufgrund der Expansion der Anpreßelemente 67 und des
Lösens von dem Ringflansch 65 aufgrund der Kontraktion.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erreichte der Rotor 66
eine Drehzahl von 500 U/min..
Der Rotor 66 dreht sich in umgekehrter Richtung, wenn
an die Anpreßelemente 67 eine Hochfrequenzspannung an
gelegt wird, die einen entgegengesetzten Phasenverlauf
im Vergleich zu der den piezo-elektrischen Elementen
31, 32 zugeführten Hochfrequenzspannung aufweist. Die
Drehzahl und das Drehmoment des Rotors 66 wird durch
die Expansionskraft der Anpreßelemente 67 und von der
Phase der den Anpreßelementen 67 zugeführten Hoch
frequenzspannung bestimmt.
Obwohl die Anpreßelemente 67 aus laminierten piezo-
elektrischen Elementen gebildet sind, können andere
Bauformen von Schwingungselementen verwendet werden,
sofern diese Elemente mit einer Amplitude von mehr als
10 µm bei 10 kHz schwingen können.
In Fig. 8 und 9 besteht das bewegliche Element aus
einer linearen Schiene 70, die
linear in bezug auf den Stator des
Motorgehäuses bewegbar ist. Piezo-elektrische Elemente 71
und 72 (Breite 10 mm, Länge 40 mm, Dicke 7 mm) sind je
weils auf den Flächen 73a (Breite 10 mm, Länge 40 mm) des
Schlupfverbindungselementes 73 laminiert, das von
Resonatorelementen 74 (Breite 10 mm, Länge 60 mm, Dicke
7 mm) eingefaßt wird. Die Resonatorelemente 74 sind dabei fest
über Bolzen (Durchmesser 6 mm, Länge 50 mm) und Muttern
75 bis zu einem solchen Ausmaß festgezogen, daß das
Schlupfverbindungselement elastisch um 0,1 mm gebogen
wird. Beim Anlegen einer Hochfrequenzspannung von 30
kHz und 20 V an die piezo-elektrischen Vibrations
elemente 71, 72 über die Anschlüsse 77, 78 schwingt das
Schlupfverbindungselement 73 mit einer Amplitude von
30 µm. Die Schiene 70 (Breite 5 mm, Dicke 2 mm) ist in den
Spalt zwischen dem Anpreßelement 79 und dem Schlupf
verbindungselement 73 eingefügt, dem die Hochfrequenz
spannung in Phase mit der den piezo-elektrischen Ele
menten 71, 72 zugeführten Hochfrequenzspannung zugeführt
wird, so daß die Schiene 70 mit einer Geschwindigkeit
von 40 cm/sec. in ihre Längsrichtung bewegt wird.
Beim Umkehren der Phase der dem Anpreßelement 79 zu
geführten Hochfrequenzspannung wird die Schiene 70 un
mittelbar in die umgekehrte Richtung mit der gleichen
Geschwindigkeit von 40 cm/sec. bewegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 wird ein
Spiralform-Resonatorelement 35 mit einem Gleitzylinder
80 verbunden, der einen vergrößerten Durchmesser auf
weist. Der Gleitzylinder 80 befindet sich im Hohlraum
eines hohlzylindrischen Rotors 82 und wird von diesem
umschlossen. Die Endflächen 81a, 81b des Gleitzylinders
80 sind den Innenflächen 82a, 82b des zylindrischen
Rotors 82 gegenüber angeordnet. Der Rotor 82 wird von
einer Welle 83 getragen, die in einem in den Gleit
zylinder 80 eingepaßten Kugellager 84 gelagert ist. Ein
Bolzen 90 ist durch die Elemente 31 bis 36 hindurch
geführt. Die den Vibrationselementen entgegengesetzte
Seite des Bolzens 90 steht mit vermindertem Durchmesser
um 15 mm weiter vor als der Befestigungsteil für die
Mutter. Der Bolzen 90 ist über ein Kugellager 85 dreh
bar gelagert. Beim Anlegen einer Hochfrequenzspannung
mit 20 kHz und 30 V an das piezo-elektrische Element 32
dreht sich der Rotor 82, wenn die Welle 83 nach rechts
von dem Teil verschoben wird, in dem das Kugellager 85
angeordnet ist, in einer Drehrichtung und wenn die
Welle 83 nach links gezogen wird, in umgekehrter Dreh
richtung. Dabei berühren sich in dem einen Fall die
Flächen 81a und 82a und in dem anderen Fall die Flächen
81b und 82b.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kön
nen die Resonatorelemente wegfallen, wenn eine aus
reichende Vibrationskraft und Vibrationsamplitude
allein durch die piezo-elektrischen Elemente erzielt werden
kann.
Claims (12)
1. Piezo-elektrischer Motor mit mindestens einem ein
piezo-elektrisches Element (31, 32, 51, 71, 72) ent
haltenden Vibrationselement (30), das ein beweg
liches Teil (40, 56, 56R, 56L, 66, 70, 82) mit einer
ersten ebenen Fläche (44, 45, 56a, 82a) unter Anpreß
kraft antreibt, wobei das piezo-elektrische Ele
ment orthogonal zu der ebenen Fläche schwingt,
und das Vibrationselement (30) des weiteren einen
mit dem piezo-elektrischen Element (31, 32, 51, 71, 72)
fest verbundenen federnd stauchbaren Biegeschwin
gungskoppler (33, 34, 53, 73) enthält, der mehrere zu
der ebenen Fläche schräg unter einem gleichen Win
kel verlaufende Rippen (33x, 34x) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Vibrationselement (30) eine zweite ebene Fläche (35a, 36a, 55a, 81a) aufweist, die an die erste ebene Fläche (44, 45, 56a, 82a) in Flächen kontakt anstößt,
- - die Rippen (33x, 34x) des Biegeschwingungskopp lers (33, 34, 53, 73) in Richtung auf ein relativ zum beweglichen Teil (40, 56, 56R, 56L, 66, 70, 82) feststehendes Stützelement (38, 52, 63) verlaufen,
- - die zweite ebene Fläche (35a, 36a, 55a, 81a) eine Schwingungsbewegung ausführt, die sich aus der Überlagerung der zu den ebenen Flächen othogo nalen Schwingungen des piezo-elektrischen Ele mentes (31, 32, 51, 71, 72) und den Biegeschwin gungen des federnd stauchbaren Biegeschwingun gskopplers (33, 34, 53, 73) ergibt und
- - die Anpreßkraft des beweglichen Teils (40, 56, 56R, 56L, 66, 70, 82) gegen das Vibrationselement (30) einstellbar ist.
2. Piezo-elektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rippen (33x, 34x) des Bie
geschwingungskopplers in kreisförmiger Anordnung
einen Drehschwingungskoppler (33, 34, 53) bilden,
und daß die zweite ebene Fläche (35a, 36a, 55a, 81a)
aufgrund der Überlagerung der Drehschwingungen des
Drehschwingungskopplers (33, 34, 53) und der Axial
schwingungen des piezo-elektrischen Elementes
(31, 32, 51, 71, 72) eine spiralförmig elliptische
Bewegung (Q) ausführt.
3. Piezo-elektrischer Motor nach einem der Ansprüche
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vibra
tionselement (30) mindestens ein Resonatorelement
(35, 36, 55, 74) aufweist und daß die erste ebene
Fläche (44, 45, 56a, 82a) des beweglichen Teils (40,
56, 56R, 58L, 66, 70, 82) an das Resonatorelement (35,
36, 55, 74) anstößt.
4. Piezo-elektrischer Motor nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Resonatorelement (35, 36,
55, 74) eine der ersten ebenen Fläche (44, 45, 56a,
82a) des beweglichen Teils (40, 56, 56R, 56L, 66, 70,
82) gegenüberliegende Fläche (35a, 36a, 55a, 81a) und
eine der zweiten ebenen Fläche des Vibrations
elementes (30) gegenüberliegende Fläche (35y, 36y)
aufweist.
5. Piezo-elektrischer Motor nach einem der Ansprüche
2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vibra
tionselement (30) wenigstens ein zylindrisches
piezo-elektrisches Element (31, 32, 51) aufweist.
6. Piezo-elektrischer Motor nach einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Biege
schwingungskoppler (33, 34, 53, 73) und das piezo
elektrische Element (31, 32) miteinander über ein
orthogonal zu den ebenen Flächen (44, 45, 56a, 82a,
35a, 36a, 55a, 81a) verlaufendes Befestigungsmittel
(37, 75) verbunden sind.
7. Piezo-elektrischer Motor nach einem der Ansprüche
2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf bei
den Seiten des stationären Stützteils (38, 52, 63)
als bewegliches Teil ein Rotor (40, 56R, 56L) und
als Vibrationselement das piezo-elektrisches Ele
ment (31, 32) und ein Drehschwingungskoppler (33,
34) angeordnet sind.
8. Piezo-elektrischer Motor nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß eines der beiden Vibrationsele
mente (30) wahlweise antreibbar ist.
9. Piezo-elektrischer Motor nach einem der Ansprüche
2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche
Teil (40, 56, 56R, 56L, 66, 70, 82) ein auf einer Welle
(60) gelagerter Rotor (56R, 56L) ist, und daß auf
der Welle (60) eine Schraubenfeder (58) zum Ein
stellen der Anpreßkraft des Rotors (56L, 56R) gegen
das Vibrationselement (30) befestigt ist.
10. Piezo-elektrischer Motor nach einem der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen
(33x, 34x) des Biegeschwingungskopplers (33, 34, 53)
aus gekrümmten Federelementen bestehen.
11. Piezo-elektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Biegeschwingungskoppler
ein Linearschwingungselement (73) ist.
12. Piezo-elektrischer Motor nach einem der Ansprüche
1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Biege
schwingungskoppler (33, 34, 53, 73) mit der gleichen
Frequenz wie die Frequenz des piezo-elektrischen
Elementes (31, 32, 51, 71, 72) schwingt.
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Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: VON KREISLER, A., DIPL.-CHEM. SELTING, G., DIPL.-I |
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D2 | Grant after examination | ||
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