EP3465783A1 - Ultrasonic motor having a diagonally excitable actuator plate - Google Patents

Ultrasonic motor having a diagonally excitable actuator plate

Info

Publication number
EP3465783A1
EP3465783A1 EP17733346.5A EP17733346A EP3465783A1 EP 3465783 A1 EP3465783 A1 EP 3465783A1 EP 17733346 A EP17733346 A EP 17733346A EP 3465783 A1 EP3465783 A1 EP 3465783A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrasonic
ultrasonic motor
actuator
generators
motor according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17733346.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wladimir Wischnewskiy
Alexej Wischnewski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Original Assignee
Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Physik Instrumente PI GmbH and Co KG filed Critical Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Publication of EP3465783A1 publication Critical patent/EP3465783A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/026Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/002Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes
    • H02N2/0025Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes using combined longitudinal modes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/0075Electrical details, e.g. drive or control circuits or methods
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/065Large signal circuits, e.g. final stages

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic motor according to claim 1.
  • the ultrasonic actuator as a rectangular piezoelectric plate with generators for acoustic diagonal waves and two
  • Friction elements is executed on it.
  • the generators of the acoustic waves of this engine consist of two electrically connected parts. This leads to an increase of the electrical excitation voltage of the motor by two times.
  • the object of the invention is therefore to provide an ultrasonic motor which can be operated with a lower electrical excitation voltage, which has a reduced abrasion within the friction contact, and which has a longer service life and improved
  • Ultrasound actuator in the form of a rectangular piezoelectric plate having two major surfaces in terms of area and the two major surfaces interconnecting side surfaces, wherein the Ultrasonic actuator has two generators for generating acoustic standing waves and at least two arranged on at least one of the side surfaces friction elements. Furthermore, the ultrasonic motor has a driven element and an electrical exciter device.
  • the piezoelectric plate of the actuator can by two to each other
  • perpendicular virtual planes passing through the centerline of its major faces are divided into two pairs of diagonally opposite sections, each of the generators consisting of two antiphase operable parts, each arranged in a diagonal section of the piezoelectric plate, and the friction elements a side surface, which represents an end face, or are arranged on two opposite end faces.
  • the piezoelectric plate has the shape of a square or a parallelepiped.
  • the generators of the acoustic standing waves have a three-layer or a multi-layer structure, consisting of layers of exciter electrodes, of layers
  • the electrical exciter device of the actuator has a switch for connecting the one or the other generator for acoustic waves with the actuator controlled by the electrical voltage.
  • Exciter device has a block which is an electrical
  • the block is the phase of
  • Fig. 1 embodiment of an ultrasonic motor according to the invention
  • FIG. 2 Ultrasonic actuator of the ultrasonic motor according to FIG. 1 in FIG.
  • FIG. 3 shows different views of the ultrasonic actuator according to FIG. 1 in the illustrations 17 to 20
  • Fig. 4 embodiment of an ultrasonic actuator of an inventive
  • Fig. 5 embodiment and internal structure of an ultrasonic actuator of an ultrasonic motor according to the invention
  • Fig. 6 embodiment and internal structure of an ultrasonic actuator of an ultrasonic motor according to the invention
  • FIG. 7 shows two different connecting diagrams (illustrations 52 and
  • Ultrasonic actuator according to the connection diagram according to illustration 55 of FIG. 7 FIG. 9: Calculated or simulated maximum deformations of a
  • FIG. 10 shows the movement paths of the ultrasound actuators of an ultrasound motor according to the invention.
  • FIG. 11 shows an embodiment of an ultrasonic motor according to the invention.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of an ultrasonic motor according to the invention, comprising an ultrasonic actuator 1 in the form of a rectangular piezoelectric plate 2 having two major surfaces in terms of area and four side surfaces connecting the two major surfaces, wherein two spaced apart at one of the side surfaces, which is an end face of the Ultraschallaktors
  • Friction elements 3 are arranged such that each of the
  • Friction elements adjacent to the end face of each adjacent side surface of the Ultraschallaktors The actuator 1 is held or mounted in a housing 4 via holders 5.
  • the friction elements 3 are pressed against the friction layer 6 of the driven element 7, which is mounted linearly movable or displaceable on ball bearings 8.
  • Fig. 2 shows the piezoelectric plate 2 of the actuator 1 of Fig. 1 in detail.
  • the plate 2 has a length L, a width B and a thickness D. It has the side surfaces 9, the end surfaces 10 and the largest in terms of area
  • the end surfaces 10 are those side surfaces which, in the assembled state of the ultrasonic motor, are turned towards or away from the element 7 to be driven and on which the friction elements 3 are arranged.
  • the plate has the shape of a square. If the length L is not equal to the width B, the plate has the shape of a parallelepiped.
  • the plate 1 can be divided into the two pairs of diagonally opposite sections 12, 13 and 14, 15 by two mutually perpendicular virtual planes S1 and S2.
  • the planes S1 and S2 pass through the normal of the center lines 16 of the main surfaces 11 and perpendicular to them.
  • the piezoelectric plate 2 comprises two generators 23 and 24 for generating standing acoustic waves, wherein each of the generators 23 and 24 consists of the two antiphase driven parts 25, 26 and 27, 28.
  • the part 25 belongs to Section 12, Part 26 belongs to Section 13, Part 27 belongs to Section 14 and Part 28 belongs to Section 15.
  • Each part 25, 26 and 27, 28 of the generators 23 and 24 comprises a layer with a common electrode 29, a layer with an excitation electrode 30, 31 and a layer of piezoelectric ceramic 32 between them.
  • the electrodes 29, 30, 31 are arranged on the main surfaces of the plate 2.
  • the entire piezoceramic of the plate 2 is polarized in the direction shown in FIG. 3 by arrows with the index p.
  • the common electrodes 29 of the generators 23 and 24 have the terminals 33, the
  • Exciting electrodes 30 of the generator 23 have the terminals 34 and the excitation electrodes 31 of the generator 24 have the terminals 35.
  • Ultrasonic motor with three-layer structure of the generators 23, 24 for the diagonal acoustic standing waves The illustration 36 shows the front view, the illustrations 37 and 38 respectively show the bottom view and the top view, and the illustration 39 shows the rear view.
  • the common electrodes 29 of the generators 23 and 24 are interconnected.
  • Representation 40 of Fig. 5 shows the top view of an ultrasonic actuator 1, in which the generators 23 and 24 have a multilayer structure and constitute multi-layer generators.
  • the illustration 41 shows the corresponding side view of such an ultrasonic actuator.
  • the illustrations 42, 45 and 43, 44 show the structure of the antiphase driven parts 25, 26 and 27, 28 of the multi-layer generators 23 and
  • FIG. 6 shows a further constructive embodiment of an ultrasonic actuator of an ultrasonic motor according to the invention with multi-layer generators
  • Figure 46 shows the top view of such an ultrasonic actuator
  • Figure 47 shows the side view of the ultrasonic actuator.
  • Representations 48, 51 and 49, 50 show the structure of the antiphase driven parts 25, 26 and 27, 28 of the multi-layer generators 23 and
  • the electrode layers 29, 30, 31 are arranged parallel to the main surfaces 11 of the plate 2.
  • the representation 52 of FIG. 7 shows a first connection diagram for
  • the electrical excitation device 53 generates the alternating electrical voltage U1 whose frequency is equal to the
  • Resonant frequency of the second mode of the acoustic standing wave which propagates along or is close to the diagonal 22 or 21 of the piezoelectric plate 2.
  • the voltage U1 is applied via the switch 54 to the common electrodes 29 and to the
  • the parts 27, 28 and 25, 26 of the generators 24 and 23 are designed or driven in antiphase to generate the second mode of the diagonal acoustic wave.
  • the parts are connected to each other in parallel with the voltage U1.
  • Representation 55 of FIG. 7 shows a second connection diagram for
  • the voltage U2 can be phase-shifted with respect to the voltage U1, namely by an angle in the range of zero to plus or minus 180 °. During engine operation this angle can be varied. In addition, the amplitude and the voltage U2 can be changed.
  • the representations 57, 58 and 59, 60 of Fig. 8 show the top view of the actuator 1 according to FIG. 2 or 3 or as shown in FIG. 5 or 6. Die
  • Friction elements 3 are each arranged on one of the two end faces 10 of the ultrasonic actuator 1.
  • the antiphase nature of the parts of the generators 25, 26 and 27, 28 is indicated by the index +/-.
  • antiphase of the parts 25, 26 and 27, 28 is meant that each of the parts causes a deformation in the plate 2 which is opposite in relation to the other part.
  • FIG. 8 serve to explain the two principles for exciting the actuator 1 by the corresponding connection diagrams illustrated in FIG. 7.
  • the first principle during operation of the motor by means of the electrical voltage U1, only one generator, i. either only the generator 24 (representation 58 in FIG. 8), or only the generator 23
  • Generators 24 and 23 energized.
  • Each of the generators 24 and 23 generates in the actuator 1 a diagonal acoustic standing wave which propagates along its diagonal 22 or 21 of the plate 2.
  • the operating regime of the engine corresponds to the connection diagram shown in FIG. 55 in FIG. In Fig. 8, the parts 27, 28 and 25, 25 of the
  • the representations 61 and 62 of FIG. 9 show the calculated or
  • piezoelectric plate 2 is not electrically activated (see illustration 58, Fig. 8), the plate 2 is asymmetrically loaded by this part. Such a load on the plate 2 leads to compensation in the
  • Movement paths 65 and 66 shown in Fig. 10. Under compensation of the movement paths 65 and 66 is understood that the
  • Trajectories 65 and 66 in relation to the friction layer 6 are practically equal.
  • Friction elements 3 on the elliptical trajectories leads to the emergence of the force F, which acts on the part of the actuator 1 to be driven element 7 and this set in motion.
  • the voltage U1 energizes the generator 23, whereby in the actuator 1 a along the diagonal 21 propagating acoustic
  • Friction elements 3 in the opposite direction. This leads to the reversal of the direction of movement of the element to be driven in the direction shown by the arrow.
  • Phase shift angle between the voltages U2 and U1 are changed.
  • FIG. 11 shows a further embodiment of an ultrasonic motor according to the invention, in which the ultrasonic actuator 1 has two additional ones
  • Friction elements 68 and an additional driven element 70 with the friction layer 69 contains.

Abstract

The invention relates to an ultrasonic motor, comprising an ultrasonic actuator (1) in the form of a rectangular piezoelectric plate (2), which has two generators (23, 24) for acoustic standing waves and on which at least two friction elements (3) are arranged, an element to be driven, and an electric excitation device. The piezoelectric plate of the actuator is divided into two pairs of sections lying diagonally opposite by two virtual planes (S1, S2), which extend perpendicularly to each other and which extend through the center line of the main surfaces of the actuator, wherein each of the generators (23; 24) consists of two parts (25+26; 27+28), which can be operated in an antiphase manner and each of which is arranged in a diagonal section of the piezoelectric plate, and the friction elements (3) are arranged on one or two end faces (10) of the piezoelectric plate (2).

Description

ULTRASCHALLMOTOR MIT DIAGONAL ERREGBARER AKTORPLATTE  ULTRASONIC MOTOR WITH DIAGONALLY RECALLABLE ACTUATOR PLATE
[0001] Die Erfindung betrifft einen Ultraschallmotor gemäß Anspruch 1. The invention relates to an ultrasonic motor according to claim 1.
[0002] Aus der DE 10 2014 209 419 B3 ist ein Ultraschallmotor bekannt, bei  From DE 10 2014 209 419 B3 an ultrasonic motor is known, in
welchem der Ultraschallaktor als rechtwinklige piezoelektrische Platte mit Generatoren für akustische Diagonalwellen und mit zwei  which the ultrasonic actuator as a rectangular piezoelectric plate with generators for acoustic diagonal waves and two
Friktionselementen auf ihr ausgeführt ist. Die Generatoren der akustischen Wellen dieses Motors bestehen aus zwei elektrisch in Reihe geschalteten Teilen. Das führt zu einer Erhöhung der elektrischen Erregerspannung des Motors um das Zweifache. Außerdem zeichnet sich die bekannte  Friction elements is executed on it. The generators of the acoustic waves of this engine consist of two electrically connected parts. This leads to an increase of the electrical excitation voltage of the motor by two times. In addition, the well-known
Konstruktion durch einen signifikanten Unterschied bezüglich der Form der Bewegungsbahn der Friktionselemente aus, was wiederum einen erhöhten Abrieb seines Friktionskontaktes zur Folge hat und zu einer Verringerung der Lebensdauer des Motors führt. Zusätzlich bewirkt der Unterschied in der Form der Bewegungsbahnen der Friktionselemente eine hohe Ungleichmäßigkeit der Bewegung des anzutreibenden  Construction by a significant difference in the shape of the trajectory of the friction elements, which in turn has an increased abrasion of its friction contact result and leads to a reduction in the life of the motor. In addition, the difference in the shape of the trajectories of the friction elements causes a high unevenness of the movement of the driven
Elements bei niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten. All das zusammen engt das Einsatzgebiet dieses Motors ein.  Elements at low movement speeds. All this together narrows the field of application of this engine.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ultraschallmotor bereitzustellen, der mit einer geringeren elektrischen Erregerspannung betrieben werden kann, der einen verringerten Abrieb innerhalb des Friktionskontaktes aufweist, und der eine höhere Lebensdauer und eine verbesserte  The object of the invention is therefore to provide an ultrasonic motor which can be operated with a lower electrical excitation voltage, which has a reduced abrasion within the friction contact, and which has a longer service life and improved
Gleichmäßigkeit der Bewegung des anzutreibenden Elements bei niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten aufweist.  Having uniformity of movement of the driven element at low speeds.
[0004] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Ultraschallmotor gemäß Anspruch 1 , wobei die sich daran anschließenden Unteransprüche wenigstens zweckmäßige Weiterbildungen darstellen.  This object is achieved by an ultrasonic motor according to claim 1, wherein the subsequent dependent claims represent at least expedient developments.
[0005] Im Folgenden werden die Begriffe , Ultraschallaktor' und ,Aktor' in  In the following, the terms 'ultrasonic actuator' and 'actuator' in
synonymer Weise verwendet.  used synonymously.
[0006] Es wird ausgegangen von einem Ultraschallmotor, der einen  It is assumed that an ultrasonic motor, the one
Ultraschallaktor in Form einer rechteckigen piezoelektrischen Platte mit zwei flächenmäßig größten Hauptflächen und die beiden Hauptflächen miteinander verbindende Seitenflächen umfasst, wobei der Ultraschallaktor zwei Generatoren zur Erzeugung akustischer Stehwellen und wenigstens zwei an zumindest einer der Seitenflächen angeordnete Friktionselemente aufweist. Weiterhin weist der Ultraschallmotor ein anzutreibendes Element und eine elektrische Erregervorrichtung auf. Ultrasound actuator in the form of a rectangular piezoelectric plate having two major surfaces in terms of area and the two major surfaces interconnecting side surfaces, wherein the Ultrasonic actuator has two generators for generating acoustic standing waves and at least two arranged on at least one of the side surfaces friction elements. Furthermore, the ultrasonic motor has a driven element and an electrical exciter device.
[0007] Die piezoelektrische Platte des Aktors kann durch zwei zueinander  The piezoelectric plate of the actuator can by two to each other
senkrecht verlaufende virtuelle Ebenen, die durch die Mittellinie seiner Hauptflächen verlaufen, in zwei Paare diagonal gegenüberliegender Sektionen geteilt werden, wobei jeder der Generatoren aus zwei gegenphasig betreibbaren Teilen besteht, von denen jedes in einer diagonalen Sektion der piezoelektrischen Platte angeordnet ist, und die Friktionselemente auf einer Seitenfläche, welche eine Stirnfläche darstellt, oder auf zwei gegenüberliegenden Stirnflächen angeordnet sind.  perpendicular virtual planes passing through the centerline of its major faces are divided into two pairs of diagonally opposite sections, each of the generators consisting of two antiphase operable parts, each arranged in a diagonal section of the piezoelectric plate, and the friction elements a side surface, which represents an end face, or are arranged on two opposite end faces.
[0008] Es kann von Vorteil sein, dass die piezoelektrische Platte die Form eines Quadrates oder eines Parallelepipeds aufweist.  It may be advantageous that the piezoelectric plate has the shape of a square or a parallelepiped.
[0009] Ebenso kann es von Vorteil sein, dass die Generatoren der akustischen Stehwellen eine Dreischicht- oder eine Mehrschichtstruktur aufweisen, bestehend aus Schichten von Erregerelektroden, aus Schichten  Likewise, it may be advantageous that the generators of the acoustic standing waves have a three-layer or a multi-layer structure, consisting of layers of exciter electrodes, of layers
gemeinsamer Elektroden und aus Schichten piezoelektrischer Keramik zwischen ihnen.  common electrodes and layers of piezoelectric ceramic between them.
[0010] Ferner kann es von Vorteil sein, dass durch die Generatoren für  Furthermore, it may be advantageous that by the generators for
akustische Stehwellen im Aktor des Ultraschallmotors diagonale akustische Stehwellen erzeugbar sind, die sich in Richtung einer oder beider Diagonalen einer der Hauptflächen der piezoelektrischen Platte ausbreiten.  standing acoustic waves in the actuator of the ultrasonic motor diagonal acoustic standing waves can be generated, which propagate in the direction of one or both diagonals of one of the main surfaces of the piezoelectric plate.
[0011] Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass die elektrische Erregervorrichtung des Aktors einen Umschalter zum Verbinden des einen oder des anderen Generators für akustische Wellen mit dem durch die elektrische Spannung angesteuerten Aktor aufweist.  Furthermore, it may be advantageous that the electrical exciter device of the actuator has a switch for connecting the one or the other generator for acoustic waves with the actuator controlled by the electrical voltage.
[0012] Außerdem kann es von Vorteil sein, dass die elektrische  In addition, it may be advantageous that the electrical
Erregervorrichtung einen Block aufweist, der eine elektrische  Exciter device has a block which is an electrical
Zusatzspannung zur Erregung des zweiten Generators akustischer Wellen generiert. [0013] Hierbei kann es von Vorteil sein, dass der Block die Phase der Additional voltage generated to excite the second generator acoustic waves. It may be advantageous that the block is the phase of
elektrischen Zusatzspannung im Verhältnis zur Phase der elektrischen Primärspannung ändert.  changes electrical voltage in proportion to the phase of the primary electric voltage.
[0014] Zudem kann es von Vorteil sein, dass der Block die Amplitude der  In addition, it may be advantageous that the block the amplitude of the
elektrischen Zusatzspannung ändert.  electrical additional voltage changes.
[0015] Es zeigen:  [0015] FIG.
[0016] Fig. 1 : Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors  Fig. 1: embodiment of an ultrasonic motor according to the invention
[0017] Fig. 2: Ultraschallaktor des Ultraschallmotors gemäß Fig. 1 in FIG. 2: Ultrasonic actuator of the ultrasonic motor according to FIG. 1 in FIG
perspektivischer Darstellung  perspective view
[0018] Fig. 3: Unterschiedliche Ansichten des Ultraschallaktors gemäß Fig. 1 in den Darstellungen 17 bis 20 3 shows different views of the ultrasonic actuator according to FIG. 1 in the illustrations 17 to 20
[0019] Fig. 4: Ausführungsform eines Ultraschallaktors eines erfindungsgemäßenFig. 4: embodiment of an ultrasonic actuator of an inventive
Ultraschallmotors ultrasonic motor
[0020] Fig. 5: Ausführungsform und innerer Aufbau eines Ultraschallaktors eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors  Fig. 5: embodiment and internal structure of an ultrasonic actuator of an ultrasonic motor according to the invention
[0021] Fig. 6: Ausführungsform und innerer Aufbau eines Ultraschallaktors eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors Fig. 6: embodiment and internal structure of an ultrasonic actuator of an ultrasonic motor according to the invention
[0022] Fig. 7: Zwei unterschiedliche Anschlussschemata (Darstellungen 52 undFIG. 7 shows two different connecting diagrams (illustrations 52 and
55) zum Verbinden des Ultraschallaktors eines erfindungsgemäßen55) for connecting the ultrasonic actuator of an inventive
Ultraschallmotors mit einer elektrischen Erregervorrichtung Ultrasonic motor with an electrical excitation device
[0023] Fig. 8: Darstellungen 57 und 58: Ansteuer- bzw. Erregungsprinzip des8: Representations 57 and 58: Ansteuer- or excitation principle of
Ultraschallaktors gemäß Anschlussschema nach Darstellung 52 von Fig.Ultrasonic actuator according to the connection diagram according to illustration 52 of FIG.
7; Darstellungen 59 und 60: Ansteuer- bzw. Erregungsprinzip des 7; Figures 59 and 60: Driving principle of the
Ultraschallaktors gemäß Anschlussschema nach Darstellung 55 von Fig. 7 [0024] Fig. 9: Berechnete bzw. simulierte maximale Deformationen eines zur Ultrasonic actuator according to the connection diagram according to illustration 55 of FIG. 7 FIG. 9: Calculated or simulated maximum deformations of a
Ausbildung von Stehwellen in ihm angeregten Ultraschallaktors eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors Training of standing waves in him excited ultrasound actuator of an ultrasonic motor according to the invention
[0025] Fig. 10: Darstellung der Bewegungsbahnen der an einem Ultraschallaktor eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors angeordneten FIG. 10 shows the movement paths of the ultrasound actuators of an ultrasound motor according to the invention. FIG
Friktionselemente  friction
[0026] Fig. 11 : Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors [0027] Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors, aufweisend einen Ultraschallaktor 1 in Form einer rechteckigen piezoelektrischen Platte 2 mit zwei flächenmäßig größten Hauptflächen und vier die beiden Hauptflächen miteinander verbindenden Seitenflächen, wobei an einer der Seitenflächen, welche eine Stirnfläche des Ultraschallaktors darstellt, zwei voneinander beabstandete 11 shows an embodiment of an ultrasonic motor according to the invention. FIG. 1 shows a possible embodiment of an ultrasonic motor according to the invention, comprising an ultrasonic actuator 1 in the form of a rectangular piezoelectric plate 2 having two major surfaces in terms of area and four side surfaces connecting the two major surfaces, wherein two spaced apart at one of the side surfaces, which is an end face of the Ultraschallaktors
Friktionselemente 3 derart angeordnet sind, dass jedes der  Friction elements 3 are arranged such that each of the
Friktionselemente an die der Stirnfläche jeweils benachbarte Seitenfläche des Ultraschallaktors angrenzt. Der Aktor 1 ist in einem Gehäuse 4 über Halterungen 5 gehaltert bzw. gelagert. Die Friktionselemente 3 sind an die Friktionsschicht 6 des anzutreibenden Elements 7 gedrückt, welches über Kugellager 8 linear beweglich bzw. verschiebbar gelagert ist.  Friction elements adjacent to the end face of each adjacent side surface of the Ultraschallaktors. The actuator 1 is held or mounted in a housing 4 via holders 5. The friction elements 3 are pressed against the friction layer 6 of the driven element 7, which is mounted linearly movable or displaceable on ball bearings 8.
[0028] Fig. 2 zeigt die piezoelektrische Platte 2 des Aktors 1 von Fig. 1 im Detail. Fig. 2 shows the piezoelectric plate 2 of the actuator 1 of Fig. 1 in detail.
Die Platte 2 hat eine Länge L, eine Breite B und eine Dicke D. Sie hat die Seitenflächen 9, die Stirnflächen 10 und die flächenmäßig größten  The plate 2 has a length L, a width B and a thickness D. It has the side surfaces 9, the end surfaces 10 and the largest in terms of area
Hauptflächen 11. Die Stirnflächen 10 sind diejenigen Seitenflächen, die im zusammengesetzten Zustand des Ultraschallmotors dem anzutreibenden Element 7 zu- bzw. abgewandt und an welchen die Friktionselemente 3 angeordnet sind.  Main surfaces 11. The end surfaces 10 are those side surfaces which, in the assembled state of the ultrasonic motor, are turned towards or away from the element 7 to be driven and on which the friction elements 3 are arranged.
[0029] Wenn die Länge L gleich der Breite B ist, hat die Platte die Form eines Quadrates. Wenn die Länge L ungleich der Breite B ist, hat die Platte die Form eines Parallelepipeds. Die Platte 1 kann durch zwei zueinander senkrecht verlaufende virtuelle Ebenen S1 und S2 in die zwei Paare diagonal gegenüberliegender Sektionen 12, 13 und 14, 15 geteilt werden. Die Ebenen S1 und S2 verlaufen durch die Normalen der Mittellinien 16 der Hauptflächen 11 und senkrecht zu diesen.  If the length L is equal to the width B, the plate has the shape of a square. If the length L is not equal to the width B, the plate has the shape of a parallelepiped. The plate 1 can be divided into the two pairs of diagonally opposite sections 12, 13 and 14, 15 by two mutually perpendicular virtual planes S1 and S2. The planes S1 and S2 pass through the normal of the center lines 16 of the main surfaces 11 and perpendicular to them.
[0030] Die Darstellung 17 von Fig. 3 zeigt die Vorderansicht auf die Platte 2 des Aktors 1 von Fig. 1 bzw. Fig. 2. Die Darstellungen 18 und 19 von Fig. 3 zeigen die Unteransicht und die Draufsicht auf die Platte 2, während Darstellung 20 von Fig. 3 die Rückansicht auf die Platte 2 zeigt. Längs der der beiden Diagonalen 21 und 22 sind die entsprechenden zwei Paare diagonaler Sektionen 12, 13 und 14, 15 angeordnet. Die piezoelektrische Platte 2 umfasst zwei Generatoren 23 und 24 zur Erzeugung akustischer Stehwellen, wobei jeder der Generatoren 23 und 24 aus den zwei gegenphasig angesteuerten Teilen 25, 26 und 27, 28 besteht. Das Teil 25 gehört zur Sektion 12, das Teil 26 gehört zur Sektion 13, das Teil 27 gehört zur Sektion 14 und das Teil 28 gehört zur Sektion 15. 3 shows the front view of the plate 2 of the actuator 1 of Fig. 1 and Fig. 2. The representations 18 and 19 of Fig. 3 show the bottom view and the top view of the plate 2, while representation 20 of Fig. 3 shows the rear view of the plate 2. Along the two diagonal 21 and 22, the corresponding two pairs of diagonal sections 12, 13 and 14, 15 are arranged. The piezoelectric plate 2 comprises two generators 23 and 24 for generating standing acoustic waves, wherein each of the generators 23 and 24 consists of the two antiphase driven parts 25, 26 and 27, 28. The part 25 belongs to Section 12, Part 26 belongs to Section 13, Part 27 belongs to Section 14 and Part 28 belongs to Section 15.
[0031] In der in Fig. 3 gezeigten Konstruktion der Platte 2 haben die GeneratorenIn the construction of the plate 2 shown in Fig. 3, the generators have
23 und 24 einen dreischichtigen Aufbau. Jedes Teil 25, 26 und 27, 28 der Generatoren 23 und 24 umfasst eine Schicht mit einer gemeinsamen Elektrode 29, eine Schicht mit einer Erregerelektrode 30, 31 und einer Schicht piezoelektrischer Keramik 32 zwischen ihnen. Die Elektroden 29, 30, 31 sind auf den Hauptflächen der Platte 2 angeordnet. Die gesamte Piezokeramik der Platte 2 ist in der in Fig. 3 mit Pfeilen mit dem Index p dargestellten Richtung polarisiert. Die gemeinsamen Elektroden 29 der Generatoren 23 und 24 verfügen über die Anschlüsse 33, die 23 and 24 a three-layer structure. Each part 25, 26 and 27, 28 of the generators 23 and 24 comprises a layer with a common electrode 29, a layer with an excitation electrode 30, 31 and a layer of piezoelectric ceramic 32 between them. The electrodes 29, 30, 31 are arranged on the main surfaces of the plate 2. The entire piezoceramic of the plate 2 is polarized in the direction shown in FIG. 3 by arrows with the index p. The common electrodes 29 of the generators 23 and 24 have the terminals 33, the
Erregerelektroden 30 des Generators 23 verfügen über die Anschlüsse 34 und die Erregerelektroden 31 des Generators 24 verfügen über die Anschlüsse 35.  Exciting electrodes 30 of the generator 23 have the terminals 34 and the excitation electrodes 31 of the generator 24 have the terminals 35.
[0032] Die Fig 4. zeigt in den Darstellungen 36 bis 39 eine andere konstruktive Ausführung eines Ultraschallaktors 1 eines erfindungsgemäßen  4 shows in the illustrations 36 to 39, another constructive design of an ultrasonic actuator 1 of an inventive
Ultraschallmotors mit dreischichtiger Struktur der Generatoren 23, 24 für die diagonalen akustischen Stehwellen. Die Darstellung 36 zeigt die Vorderansicht, die Darstellungen 37 bzw. 38 zeigen die Unteransicht und die Draufsicht, und die Darstellung 39 zeigt die Rückansicht. Bei dieser konstruktiven Ausführung des Ultraschallaktors sind die gemeinsamen Elektroden 29 der Generatoren 23 und 24 miteinander verbunden.  Ultrasonic motor with three-layer structure of the generators 23, 24 for the diagonal acoustic standing waves. The illustration 36 shows the front view, the illustrations 37 and 38 respectively show the bottom view and the top view, and the illustration 39 shows the rear view. In this constructive embodiment of the ultrasonic actuator, the common electrodes 29 of the generators 23 and 24 are interconnected.
[0033] Darstellung 40 von Fig. 5 zeigt die Draufsicht auf einen Ultraschallaktor 1 , bei welchem die Generatoren 23 und 24 einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen und Mehrschichtgeneratoren darstellen. Die Darstellung 41 zeigt die entsprechende Seitenansicht auf einen solchen Ultraschallaktor. Die Darstellungen 42, 45 und 43, 44 zeigen den Aufbau der gegenphasig angesteuerten Teile 25, 26 und 27, 28 der Mehrschichtgeneratoren 23 und Representation 40 of Fig. 5 shows the top view of an ultrasonic actuator 1, in which the generators 23 and 24 have a multilayer structure and constitute multi-layer generators. The illustration 41 shows the corresponding side view of such an ultrasonic actuator. The illustrations 42, 45 and 43, 44 show the structure of the antiphase driven parts 25, 26 and 27, 28 of the multi-layer generators 23 and
24 der diagonalen akustischen Stehwellen. Jedes Teil 25, 26 und 27, 28 besteht aus abwechselnd angeordneten Schichten von Erregerelektroden 30 und 31 , von Schichten der gemeinsamen Elektroden 29 und von piezokeramischen Schichten 32 zwischen ihnen. [0034] Fig. 6 zeigt eine weitere konstruktive Ausführung eines Ultraschallaktors eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors mit Mehrschichtgeneratoren24 of diagonal acoustic standing waves. Each part 25, 26 and 27, 28 consists of alternating layers of excitation electrodes 30 and 31, layers of common electrodes 29 and piezoceramic layers 32 between them. Fig. 6 shows a further constructive embodiment of an ultrasonic actuator of an ultrasonic motor according to the invention with multi-layer generators
23 und 24 zur Erzeugung diagonaler akustischer Stehwellen. Darstellung 46 zeigt die Draufsicht auf einen solchen Ultraschallaktor, während 23 and 24 for generating diagonal standing acoustic waves. Figure 46 shows the top view of such an ultrasonic actuator while
Darstellung 47 die Seitenansicht auf den Ultraschallaktor zeigt. Die  Figure 47 shows the side view of the ultrasonic actuator. The
Darstellungen 48, 51 und 49, 50 zeigen den Aufbau der gegenphasig angesteuerten Teile 25, 26 und 27, 28 der Mehrschichtgeneratoren 23 und Representations 48, 51 and 49, 50 show the structure of the antiphase driven parts 25, 26 and 27, 28 of the multi-layer generators 23 and
24 für diagonale akustische Stehwellen. Wie auch in der Ausführungsform des Ultraschallaktors gemäß Fig. 5 sind hier die Elektrodenschichten 29, 30, 31 parallel zu den Hauptflächen 11 der Platte 2 angeordnet. 24 for diagonal acoustic standing waves. As in the embodiment of the ultrasonic actuator according to FIG. 5, here the electrode layers 29, 30, 31 are arranged parallel to the main surfaces 11 of the plate 2.
[0035] Die Darstellung 52 von Fig. 7 zeigt ein erstes Anschlussschema zum  The representation 52 of FIG. 7 shows a first connection diagram for
Verbinden der piezoelektrischen Platte 2 des Ultraschallaktors 1 eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors mit der elektrischen  Connecting the piezoelectric plate 2 of the ultrasonic actuator 1 of an ultrasonic motor according to the invention with the electrical
Erregervorrichtung 53. Die elektrische Erregervorrichtung 53 erzeugt die elektrische Wechselspannung U1 , deren Frequenz gleich der  Excitation device 53. The electrical excitation device 53 generates the alternating electrical voltage U1 whose frequency is equal to the
Resonanzfrequenz der zweiten Mode der akustischen Stehwelle ist, die sich längs der Diagonale 22 oder 21 der piezoelektrischen Platte 2 ausbreitet oder sich nah zu dieser befindet. Die Spannung U1 wird über den Umschalter 54 an die gemeinsamen Elektroden 29 und an die  Resonant frequency of the second mode of the acoustic standing wave which propagates along or is close to the diagonal 22 or 21 of the piezoelectric plate 2. The voltage U1 is applied via the switch 54 to the common electrodes 29 and to the
Erregerelektroden 31 oder 30 der Generatoren 24 oder 23 gelegt. Bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallmotor sind zur Erzeugung der zweiten Mode der diagonalen akustischen Welle die Teile 27, 28 und 25, 26 der Generatoren 24 und 23 gegenphasig ausgeführt bzw. angesteuert. Dabei sind die Teile miteinander parallel mit der Spannung U1 verbunden.  Excitation electrodes 31 or 30 of the generators 24 or 23 laid. In the case of the ultrasonic motor according to the invention, the parts 27, 28 and 25, 26 of the generators 24 and 23 are designed or driven in antiphase to generate the second mode of the diagonal acoustic wave. The parts are connected to each other in parallel with the voltage U1.
[0036] Darstellung 55 von Fig. 7 zeigt ein zweites Anschlussschema zum  Representation 55 of FIG. 7 shows a second connection diagram for
Verbinden der piezoelektrischen Platte 2 des Aktors 1 eines  Connecting the piezoelectric plate 2 of the actuator 1 a
erfindungsgemäßen Ultraschallmotors mit der elektrischen  according to the invention with the electric motor
Erregervorrichtung 53, wobei die elektrische Erregervorrichtung 53 mit einem Block 56 eine elektrische Zusatzspannung U2 mit gleicher  Excitation device 53, wherein the electrical excitation device 53 with a block 56 an additional electrical voltage U2 with the same
Frequenz wie die der Spannung U1 bereitgestellt. In Abhängigkeit vom gewählten Betriebsregime des Motors kann die Spannung U2 bezogen zur Spannung U1 phasenverschoben werden, und zwar um einen Winkel im Bereich von Null bis Plus oder Minus 180°. Während des Motorbetriebs kann dieser Winkel variiert werden. Außerdem kann die Amplitude und die Spannung U2 geändert werden. Frequency like the voltage U1 provided. Depending on the selected operating regime of the motor, the voltage U2 can be phase-shifted with respect to the voltage U1, namely by an angle in the range of zero to plus or minus 180 °. During engine operation this angle can be varied. In addition, the amplitude and the voltage U2 can be changed.
[0037] Die Darstellungen 57, 58 und 59, 60 von Fig. 8 zeigen die Draufsicht auf den Aktor 1 gemäß Fig. 2 bzw. 3 oder gemäß Fig. 5 bzw. 6. Die  The representations 57, 58 and 59, 60 of Fig. 8 show the top view of the actuator 1 according to FIG. 2 or 3 or as shown in FIG. 5 or 6. Die
Friktionselemente 3 sind jeweils auf einer der beiden Stirnseiten 10 des Ultraschallaktors 1 angeordnet. In Fig. 8 ist die Gegenphasigkeit der Teile der Generatoren 25, 26 und 27, 28 durch den Index +/- gekennzeichnet. Unter dem Begriff Gegenphasigkeit der Teile 25, 26 und 27, 28 ist zu verstehen, dass jedes der Teile eine Deformation in der Platte 2 hervorruft, die in Bezug zum anderen Teil entgegengesetzt ist.  Friction elements 3 are each arranged on one of the two end faces 10 of the ultrasonic actuator 1. In Fig. 8, the antiphase nature of the parts of the generators 25, 26 and 27, 28 is indicated by the index +/-. By the term antiphase of the parts 25, 26 and 27, 28 is meant that each of the parts causes a deformation in the plate 2 which is opposite in relation to the other part.
[0038] Die Darstellungen in Fig. 8 dienen zur Erläuterung der zwei Prinzipien zur Erregung des Aktors 1 durch die entsprechenden in Fig. 7 dargestellten Anschlussschemata. Im ersten Prinzip wird im Betrieb des Motors mittels der elektrischen Spannung U1 nur ein Generator, d.h. entweder nur der Generator 24 (Darstellung 58 in Fig. 8), oder nur der Generator 23  The illustrations in FIG. 8 serve to explain the two principles for exciting the actuator 1 by the corresponding connection diagrams illustrated in FIG. 7. In the first principle, during operation of the motor by means of the electrical voltage U1, only one generator, i. either only the generator 24 (representation 58 in FIG. 8), or only the generator 23
(Darstellung 57 in Fig. 8) angesteuert. Das Umschalten der Spannung erfolgt mit Hilfe des Umschalters 54 (siehe Darstellung 52 in Fig. 7). Dabei erzeugt der durch die Spannung U1 erregte Generator 24 oder der  (Representation 57 in Fig. 8) driven. The switching of the voltage takes place with the aid of the change-over switch 54 (see illustration 52 in FIG. 7). In this case, generates the excited by the voltage U1 generator 24 or
Generator 23 im Aktor 1 die zweite Mode der diagonalen akustischen Stehwelle, die sich längs zur Diagonale 22 oder 21 der Platte 2 ausbreitet. Im zweiten Fall (Darstellung 59, 60 in Fig. 8) werden im Betrieb des  Generator 23 in the actuator 1, the second mode of the diagonal acoustic standing wave, which propagates along the diagonal 22 or 21 of the plate 2. In the second case (illustration 59, 60 in FIG
Motors mit Hilfe der Spannungen U1 und U2 gleichzeitig beide  Motors using the voltages U1 and U2 both at the same time
Generatoren 24 und 23 erregt. Jeder der Generatoren 24 und 23 erzeugt im Aktor 1 eine diagonale akustische Stehwelle, die sich längs seiner Diagonale 22 oder 21 der Platte 2 ausbreitet. In diesem Fall entspricht das Betriebsregime des Motors dem in Darstellung 55 in Fig. 7 gezeigten Anschlussschema. In Fig. 8 sind die Teile 27, 28 und 25, 25 der  Generators 24 and 23 energized. Each of the generators 24 and 23 generates in the actuator 1 a diagonal acoustic standing wave which propagates along its diagonal 22 or 21 of the plate 2. In this case, the operating regime of the engine corresponds to the connection diagram shown in FIG. 55 in FIG. In Fig. 8, the parts 27, 28 and 25, 25 of the
angesteuerten Generatoren 24 und 23 für beide Anschlussschemata schraffiert gekennzeichnet.  controlled generators 24 and 23 hatched for both connection schemes marked.
[0039] Die Darstellungen 61 und 62 von Fig. 9 zeigen die berechneten bzw.  The representations 61 and 62 of FIG. 9 show the calculated or
simulierten maximalen Deformation des Aktors 1 , wenn in ihm eine diagonale akustische Stehwelle erzeugt wird, die sich längs der Diagonale 22 der piezoelektrischen Platte 2 sich ausbreitet. Dabei wird die Welle durch den Generator 24 erzeugt. Die auf den Arbeitsoberflächen der Friktionselemente 3 des Aktors 1 dargestellten Punkte 63 und 64 wirken im Sinne einer Friktionsverbindung mit der Friktionsoberfläche 6 des anzutreibenden Elements 7 zusammen. simulated maximum deformation of the actuator 1, when it is generated in a diagonal acoustic standing wave, which propagates along the diagonal 22 of the piezoelectric plate 2. At the same time the wave becomes generated by the generator 24. The points 63 and 64 shown on the working surfaces of the friction elements 3 of the actuator 1 cooperate in the sense of a frictional connection with the friction surface 6 of the element 7 to be driven.
[0040] Bei einer mittels der Spannung U1 erzeugten und längs der Diagonale 22 (Darstellung 52 in Fig. 7) sich ausbreitenden diagonalen akustischen Stehwelle bewegen sich die Materialpunkte 63 und 64 der  In a generated by the voltage U1 and along the diagonal 22 (representation 52 in Fig. 7) extending diagonal acoustic standing wave move the material points 63 and 64 of
Arbeitsoberflächen der Friktionselemente 3 auf den elliptischen  Working surfaces of the friction elements 3 on the elliptical
Bewegungsbahnen 65 und 66, dargestellt in Fig. 10. Die jeweilige  Trajectories 65 and 66, shown in Fig. 10. The respective
Bewegungsrichtung ist mit Pfeilen angegeben. Da bei der Erregung des Generators 24 das durch den Generator 23 benutzte Teil der  Direction of movement is indicated by arrows. Since in the excitation of the generator 24, the part used by the generator 23 of the
piezoelektrischen Platte 2 elektrisch nicht aktiviert wird (siehe Darstellung 58, Fig. 8), wird die Platte 2 durch dieses Teil asymmetrisch belastet. Eine derartige Belastung der Platte 2 führt zum Ausgleich in den  piezoelectric plate 2 is not electrically activated (see illustration 58, Fig. 8), the plate 2 is asymmetrically loaded by this part. Such a load on the plate 2 leads to compensation in the
Bewegungsbahnen 65 und 66, dargestellt in Fig. 10. Unter Ausgleich der Bewegungsbahnen 65 und 66 wird dabei verstanden, dass die  Movement paths 65 and 66, shown in Fig. 10. Under compensation of the movement paths 65 and 66 is understood that the
Abmessungen der elliptischen Bewegungsbahnen 65 und 66 für ihre entsprechenden zwei Durchmesser und Neigungswinkel der  Dimensions of the elliptical trajectories 65 and 66 for their respective two diameters and inclination angle of
Bewegungsbahnen 65 und 66 im Verhältnis zur Friktionsschicht 6 praktisch gleich sind.  Trajectories 65 and 66 in relation to the friction layer 6 are practically equal.
[0041] Die Bewegung aller Materialpunkte der Arbeitsoberflächen der  The movement of all material points of the working surfaces of the
Friktionselemente 3 auf den elliptischen Bewegungsbahnen führt zur Entstehung der Kraft F, die seitens des Aktors 1 auf das anzutreibende Element 7 einwirkt und dieses in Bewegung versetzt. Beim Betätigen des Umschalters 54 erregt die Spannung U1 den Generator 23, wodurch im Aktor 1 eine längs der Diagonale 21 sich ausbreitende akustische  Friction elements 3 on the elliptical trajectories leads to the emergence of the force F, which acts on the part of the actuator 1 to be driven element 7 and this set in motion. Upon actuation of the changeover switch 54, the voltage U1 energizes the generator 23, whereby in the actuator 1 a along the diagonal 21 propagating acoustic
Stehwelle erzeugt wird. Bei einer solchen Welle kehrt sich die  Standing wave is generated. In such a wave, the
Bewegungsrichtung der Materialpunkte der Oberfläche der  Movement direction of the material points of the surface of the
Friktionselemente 3 in die entgegengesetzte Richtung um. Das führt zur Umkehr der Bewegungsrichtung des anzutreibenden Elements in der mit Pfeil dargestellten Richtung.  Friction elements 3 in the opposite direction. This leads to the reversal of the direction of movement of the element to be driven in the direction shown by the arrow.
[0042] Bei gleichzeitiger Ansteuerung des Generators 24 durch die Spannung U1 und des Generators 23 durch die Zusatzspannung U2 oder des Generators 23 durch die Spannung U1 und des Generators 24 durch die Zusatzspannung U2 können gleiche kreisförmige Bewegungsbahnen 67 der Materialpunkte der Friktionselemente 3 realisiert werden. Dies kann durch die Auswahl der entsprechenden Amplitude und Phase der With simultaneous control of the generator 24 by the voltage U1 and the generator 23 by the additional voltage U2 or the Generator 23 by the voltage U1 and the generator 24 by the additional voltage U2 same circular movement paths 67 of the material points of the friction elements 3 can be realized. This can be done by selecting the appropriate amplitude and phase of the
Spannung U2 erreicht werden. Dabei kann die Bewegungsrichtung des anzutreibenden Elements 7 durch Umkehr des  Voltage U2 can be achieved. In this case, the direction of movement of the driven element 7 by reversing the
Phasenverschiebungswinkels zwischen den Spannungen U2 und U1 geändert werden.  Phase shift angle between the voltages U2 and U1 are changed.
[0043] Die Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors, bei dem der Ultraschallaktor 1 zwei zusätzliche  FIG. 11 shows a further embodiment of an ultrasonic motor according to the invention, in which the ultrasonic actuator 1 has two additional ones
Friktionselemente 68 und ein zusätzliches anzutreibendes Element 70 mit der Friktionsschicht 69 enthält.  Friction elements 68 and an additional driven element 70 with the friction layer 69 contains.
[0044] Bezugszeichenliste:  [0044] List of Reference Numerals:
1 : Ultraschallaktor 1: Ultrasonic actuator
2: piezoelektrische Platte  2: piezoelectric plate
3: Friktionselement  3: friction element
4: Gehäuse  4: housing
5: Halterung  5: holder
6: Friktionsschicht  6: Friction layer
7: anzutreibendes Element  7: element to be driven
8: Kugellager  8: ball bearings
9: Seitenfläche  9: side surface
10: Stirnfläche  10: face
1 1 : Hauptfläche  1 1: Main area
12,13,14,15: Diagonalsektionen  12,13,14,15: Diagonal sections
16: Mittelinien  16: middle lines
21 , 22: Diagonale  21, 22: Diagonal
23, 24: Generatoren der diagonalen akustischen Stehwellen 23, 24: generators of diagonal acoustic standing waves
25, 26: Gegenphasig angesteuerte Teile des Generators 2325, 26: parts of the generator 23 driven in antiphase
27, 28: Gegenphasig angesteuerte Teile des Generators 2427, 28: parts of the generator 24 driven in antiphase
29: Schicht der gemeinsamen Elektrode 29: layer of the common electrode
30: Schicht der Erregerelektrode des Generators 23 30: layer of the excitation electrode of the generator 23
31 : Schicht der Erregerelektrode des Generators 24 : Piezokeramikschicht31: layer of the exciter electrode of the generator 24 : Piezoceramic layer
: Ausgang der gemeinsamen Elektrode 29: Ausgang der Erregerelektrode 30: Output of the common electrode 29: output of the excitation electrode 30
: Ausgang der Erregerelektrode 31: Output of the excitation electrode 31
: elektrische Erregervorrichtung: electrical excitation device
: Umschalter: Switch
: Phasen- und / oder Spannungssteuereinheit : Phase and / or voltage control unit

Claims

Ansprüche claims
Anspruch 1. Ultraschallmotor umfassend einen Ultraschallaktor (1 ) in Form einer rechteckigen piezoelektrischen Platte (2), eine elektrische Erregervorrichtung (53) und ein anzutreibendes Element (7), wobei der Ultraschallaktor zwei Generatoren (23, 24) zur Erzeugung akustischer Stehwellen und wenigstens zwei an ihm angeordnete und zum Kontakt mit dem anzutreibenden Element vorgesehene Friktionselemente (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallaktor (1) durch zwei zueinander senkrecht verlaufende virtuelle Ebenen (S1 , S2), die durch die Mittellinien (16) seiner Hauptflächen (11 ) verlaufen, in zwei Paare diagonal gegenüberliegender Sektionen geteilt ist, wobei jeder der Generatoren (23, 24) aus zwei gegenphasig betreibbaren Teilen (25, 26, 27, 28) besteht, von denen jedes in einer unterschiedlichen diagonalen Sektion angeordnet ist, und die Friktionselemente (3) auf einer der Stirnflächen des Ultraschallaktors oder auf zwei gegenüberliegenden Claim 1. Ultrasonic motor comprising an ultrasonic actuator (1) in the form of a rectangular piezoelectric plate (2), an electrical excitation device (53) and a driven element (7), wherein the ultrasonic actuator two generators (23, 24) for generating acoustic standing waves and at least two friction elements (3) arranged on it and intended to make contact with the element to be driven, characterized in that the ultrasonic actuator (1) is defined by two virtual planes (S1, S2) perpendicular to each other through the center lines (16) of its main surfaces ( 11), is divided into two pairs of diagonally opposite sections, each of the generators (23, 24) consisting of two antiphase operable parts (25, 26, 27, 28) each arranged in a different diagonal section, and the friction elements (3) on one of the end faces of the ultrasonic actuator or on two opposite
Stirnflächen (10) der piezoelektrischen Platte (2) angeordnet sind.  End faces (10) of the piezoelectric plate (2) are arranged.
Anspruch 2. Ultraschallmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Platte (2) die Form eines Quadrates oder eines Claim 2. Ultrasonic motor according to claim 1, characterized in that the piezoelectric plate (2) has the shape of a square or a
Parallelepipeds aufweist.  Has parallelepipeds.
Anspruch 3. Ultraschallmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoren (23, 24) der akustischen Stehwellen eine Dreischichtoder eine Mehrschichtstruktur aufweisen mit wenigstens einer Schicht von Erregerelektroden (30, 31 ), wenigstens einer Schicht von einer gemeinsamen Elektrode oder von gemeinsamen Elektroden (29) und wenigstens einer zwischen angrenzenden Elektrodenschichten angeordneten Schicht aus piezoelektrischer Keramik (32). Claim 3. Ultrasonic motor according to claim 1 or 2, characterized in that the generators (23, 24) of the standing acoustic waves have a three-layer or a multi-layer structure with at least one layer of exciter electrodes (30, 31), at least one layer of a common electrode or of common electrodes (29) and at least one layer of piezoelectric ceramic (32) arranged between adjacent electrode layers.
Anspruch 4. Ultraschallmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Claim 4. Ultrasonic motor according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass durch die Generatoren (23, 24) für akustische Stehwellen im Ultraschallaktor (1 ) des Ultraschallmotors diagonale akustische Stehwellen erzeugbar sind, die sich in Richtung einer oder beider Diagonalen (21 , 22) einer der Hauptflächen (11) der piezoelektrischen Platte (2) ausbreiten. characterized in that by the generators (23, 24) for acoustic standing waves in the ultrasonic actuator (1) of the ultrasonic motor diagonal acoustic standing waves can be generated, extending in the direction of one or both diagonals (21, 22) of one of the main surfaces (11) of the piezoelectric plate (2).
Anspruch 5. Ultraschallmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Claim 5. Ultrasonic motor according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Erregervorrichtung (53) des Ultraschallaktors (1) einen Umschalter (54) zum Verbinden des einen oder des anderen Generators (23, 24) für akustische Wellen mit dem durch die elektrische Spannung angesteuerten Ultraschallaktor (1) aufweist.  characterized in that the electrical excitation device (53) of the ultrasonic actuator (1) has a changeover switch (54) for connecting one or the other generator (23, 24) for acoustic waves with the controlled by the electrical voltage ultrasonic actuator (1).
Anspruch 6. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch Claim 6. Ultrasonic motor according to one of claims 1 to 4, characterized
gekennzeichnet, dass die elektrische Erregervorrichtung (53) einen Block aufweist, der eine elektrische Zusatzspannung zur Erregung des zweiten Generators akustischer Wellen generiert.  in that the electrical excitation device (53) has a block which generates an additional electrical voltage for exciting the second acoustic wave generator.
Anspruch 7. Ultraschallmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Block die Phase der elektrischen Zusatzspannung im Verhältnis zur Phase der elektrischen Primärspannung ändert. Claim 7. Ultrasonic motor according to claim 6, characterized in that the block changes the phase of the additional electrical voltage in relation to the phase of the primary electric voltage.
Anspruch 8. Ultraschallmotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Block die Amplitude der elektrischen Zusatzspannung ändert. Claim 8. Ultrasonic motor according to claim 6 or 7, characterized in that the block changes the amplitude of the electrical additional voltage.
EP17733346.5A 2016-06-01 2017-05-31 Ultrasonic motor having a diagonally excitable actuator plate Pending EP3465783A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016110124.9A DE102016110124B4 (en) 2016-06-01 2016-06-01 ultrasonic motor
PCT/DE2017/100463 WO2017206992A1 (en) 2016-06-01 2017-05-31 Ultrasonic motor having a diagonally excitable actuator plate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3465783A1 true EP3465783A1 (en) 2019-04-10

Family

ID=59227420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17733346.5A Pending EP3465783A1 (en) 2016-06-01 2017-05-31 Ultrasonic motor having a diagonally excitable actuator plate

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11043908B2 (en)
EP (1) EP3465783A1 (en)
JP (1) JP6785318B2 (en)
CN (1) CN109314176B (en)
DE (1) DE102016110124B4 (en)
WO (1) WO2017206992A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111817497B (en) * 2020-07-10 2022-01-21 深圳市汇顶科技股份有限公司 Control device and movement mechanism
CN111973275B (en) * 2020-08-31 2021-06-15 哈尔滨工业大学 Piezoelectric inertia driven two-degree-of-freedom coupling puncture needle feeding mechanism
DE102021121352B3 (en) 2021-08-17 2022-12-08 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG actuator
DE102022114863B3 (en) 2022-06-13 2023-10-19 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG ultrasonic motor

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4704537B2 (en) * 2000-01-31 2011-06-15 セイコーインスツル株式会社 Ultrasonic motor and electronic device with ultrasonic motor
JP2001246324A (en) * 2000-03-08 2001-09-11 Nikon Corp Method for driving vibration actuator and drive assembly
JP4454930B2 (en) * 2002-11-29 2010-04-21 セイコーインスツル株式会社 Ultrasonic motor and electronic device with ultrasonic motor
DE102004024656A1 (en) * 2004-05-18 2005-12-08 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Piezoelectric ultrasonic motor
JP4209464B2 (en) * 2007-03-16 2009-01-14 パナソニック株式会社 Ultrasonic actuator device
DE102008012992A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg ultrasonic motor
JP5222224B2 (en) * 2008-12-04 2013-06-26 スミダコーポレーション株式会社 Ultrasonic motor
DE102009049719A1 (en) * 2009-10-17 2011-04-21 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg actuator
EP2634910B1 (en) * 2010-10-27 2019-05-22 Sumida Corporation Ultrasonic motor
JP5932216B2 (en) * 2010-12-22 2016-06-08 キヤノン株式会社 Piezoelectric ceramics, manufacturing method thereof, piezoelectric element, liquid discharge head, ultrasonic motor, dust removing apparatus, optical device, and electronic apparatus
US20120169181A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-05 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Piezoelectric Actuator
DE102011082200A1 (en) * 2011-09-06 2013-03-07 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg ultrasonic motor
DE102012105189A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-19 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Einphasenultraschallmotor
CN103259449B (en) 2013-04-22 2016-08-03 北京大学 Piezoelectric actuator and piezo-electric motor
DE102013110356B4 (en) 2013-09-19 2018-08-30 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg ultrasonic actuator
JP2015211604A (en) * 2014-04-30 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric actuator
DE102014209419B3 (en) * 2014-05-19 2015-05-07 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg ultrasonic actuator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019517767A (en) 2019-06-24
WO2017206992A1 (en) 2017-12-07
CN109314176A (en) 2019-02-05
CN109314176B (en) 2022-09-06
DE102016110124B4 (en) 2018-07-19
US11043908B2 (en) 2021-06-22
US20190140559A1 (en) 2019-05-09
JP6785318B2 (en) 2020-11-18
DE102016110124A1 (en) 2017-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017206992A1 (en) Ultrasonic motor having a diagonally excitable actuator plate
DE102013226418B3 (en) ultrasonic motor
EP3172826B1 (en) Ultrasonic motor
EP1747594A1 (en) Piezoelectric ultrasound motor
EP3123534B1 (en) Ultrasonic motor
EP2497129B1 (en) Actuator
DE102013224569B3 (en) Ultrasonic motor used for automatic balancing of e.g. grinding disc, has first group friction elements that are arranged offset with respect to second group friction elements at specific circumferential angle
DE102018104928B3 (en) ultrasonic motor
DE102013110356B4 (en) ultrasonic actuator
DE102014209419B3 (en) ultrasonic actuator
WO2012113394A1 (en) Ultrasonic motor
DE102010055848B4 (en) ultrasonic actuator
DE102015120282A1 (en) ultrasonic motor
DE102012105189A1 (en) Einphasenultraschallmotor
DE102013101020B4 (en) Ultrasonic actuator and ultrasonic motor with such a Ultraschallaktor
WO2018184634A1 (en) Method for operating an ultrasonic motor
EP3526823B1 (en) Ultrasonic motor
DE102013221414B4 (en) Ultrasonic motor
DE102017110081A1 (en) ultrasonic motor
DE2433389A1 (en) PIEZOELECTRIC TRANSFORMER
DE102013203836A1 (en) Piezoelectric ultrasonic vibration element
DE19817802A1 (en) Piezo actuator drive or displacement element
DE2448590C3 (en) High voltage doubler
DE102008043667A1 (en) Multilayer actuator i.e. piezoelectric motor, for window lifting drive of motor vehicle, has electrode planes comprising two electrode sections controlled independent of each other, where sections are arranged on collecting electrodes
DE2329502A1 (en) TOOTHSTONE REMOVER

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20181212

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20211013

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230404