NL8001582A - Aandrijfinrichting. - Google Patents

Description

.λ « Ν/29.554-St-f. _λ_

Aandrijfinrichting.

De uitvinding betreft een aandrijfinrichting.

Bij de gebruikelijke door elektromagnetische energie bekrachtigde aandrijfinrichtingen of elektromotoren worden de afmetingen, het gewicht, het koppel en andere 5 waarden in beginsel bepaald resp. beperkt door de toegepaste materialen en motorconstructies. Aangezien de werking van zulke motoren afhankelijk is van de magnetische eigenschappen, de mechanische sterkte en andere karakteristieke waarden van de gebruikte materialen, wordt een grens gesteld aan de 10 verhouding tussen motorvermogen en motorafmetingen, in die zin, dat een vergroting van het vermogen bij een verkleining van de afmetingen practisch niet meer mogelijk is.

De uitvinding beoogt een aandrijfinrichting te verschaffen, die in dit opzicht een oplossing biedt en 15 het mogelijk maakt om deze door conventionele motoren gestelde grens te doorbreken.

De uitvinding berust op de gedachte om tril-lingsenergie van een supersonische trillingen opwekkende inrichting om te zetten in een roterende of rechtlijnige 20 beweging van de massa van een bewegingsorgaan, voor welke omzetting gebruik wordt gemaakt van de elastische buigver-vorming van een aantal plaatvormige veerkrachtige trillings-elementen.

De aandrijfinrichting volgens de uitvinding 25 is dienovereenkomstig gekenmerkt door ten minste één supersonische trillingsopwekinrichting, die met een trillings-vlak tegenover een vlak van een aan te drijven, beweegbaar ondersteund bewegingsorgaan ligt, waarbij dit trillingsvlak of het bewegingsorgaan is voorzien van een aantal vast daar-30 mee verbonden uitstekende, platte, veerkrachtige trillings-elementen, die schuin ten opzichte van de bewegingsrichting van het bewegingsorgaan zijn gericht en bij werking van de trillingsopwekinrichting telkens met hun uiteinden het bewegingsorgaan resp. het trillingsvlak aangrijpen , zodanig, 35 dat de trillende beweging van het trillingsvlak van de trillingsopwekinrichting onder elastische buigvervorming van de trillingselementen door deze elementen in een continue beweging van het bewegingsorgaan wordt omgezet.

800 1 5 82 -2-

Daarbij kan volgens de uitvinding het bewegings-orgaan draaibaar zijn ondersteund en kunnen de trillingsele-menten in een krans zijn geplaatst voor de roterende aandrijving van het bewegingsorgaan. Dit bewegingsorgaan vormt in 5 dit geval bijvoorbeeld een uitgaande as van de aandrijfinrichting of motor.

De trillingselementen kunnen aan het naar de trillingsopwekinrichting toegekeerde vlak van het bewegingsorgaan zijn gevormd, maar het is ook mogelijk, dat de tril-10 lingselementen zijn gevormd op een trillingsplaat of -schijf, die vast aan de trillingsopwekinrichting is aangebracht en het trillingsvlak daarvan vormt.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding is een aantal gemeenschappelijk ondersteunde 15 supersonische trillingsopwekinrichtingen aanwezig, die via de daaraan of aan het bewegingsorgaan gevormde trillingselementen een enkel bewegingsorgaan aandrijven. De verschillende trillingsopwekinrichtingen kunnen in dat geval met eenzelfde trillingsfrequentie, maar met vaste faseverschillen 20 werken, waardoor een gelijkmatige beweging van het aangedreven bewegingsorgaan is gewaarborgd, waarbij uiteraard ook de massa van dit bewegingsorgaan een rol speelt.

De trillingsopwekinrichtingen kunnen in een krans zijn opgesteld voor de aandrijving van een roterend 25 bewegingsorgaan.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding kunnen de trillingsopwekinrichtingen ook in een lineaire rij zijn opgesteld en de op deze opwekinrichtingen aangebrachte trillingselementen evenwijdig aan elkaar in 30 de langsrichting van deze rij schuin zijn gesteld, waarbij het bewegingsorgaan bestaat uit een zich langs de elementenrij uitstrekkende lange band of stang, die met een lineaire beweging door de trillingselementen wordt aangedreven.

De aandrijfinrichting volgens de uitvinding 35 met supersonische trillingen opwekkende krachtbron kan zeer compact en met een relatief groot vermogen in verhouding tot zijn afmetingen worden uitgevoerd, waarbij de inrichting een lichte en eenvoudige constructie heeft en goedkoop kan worden gefabriceerd.

40 De uitvinding wordt nader toegelicht aan de 800 1 5 82 I ' -3- hand van in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden daarvan.

Fi<g.l is een axiale doorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van de aandrijfinrichting volgens de 5 uitvinding? fig. 2 is op grotere schaal een doorsnede van het belangrijkste gedeelte van een aandrijfinrichting van een dergelijke uitvoering als afgebeeld in fig. 1; fig. 3 is een aanzicht van de aangedreven 10 rotor van de inrichting van fig. 2 als gezien volgens de lijn III-III van die figuur in de richting van de pijlen; fig. 4 A - C illustreren schematisch de werking van de aandrijfinrichting volgens de uitvinding; fig. 5 toont een krachtendriehoek/ waarin 15 de bij werking van de inrichting op een trillingselement uitgeoefende drukkracht in twee loodrecht op elkaar staande componenten is ontbonden; fig. 6A is een diagram, waarin de beweging van de trillingsschijf van de supersonische trillingsopwek-20 inrichting tegen de tijd is afgezet; fig. 6B is een diagram, waarin de beweging L van een trillingselement en de beweging N van het bewe-gingsorgaan, dus de rotor van de inrichting, tegen de tijd zijn afgezet; 25 fig. 7A is een schematische doorsnede van een andere uitvoeringsvorm van de aandrijfinrichting volgens de uitvinding; fig. '7B is een vooraanzicht van de aangedreven rotor van de inrichting van fig. 7A als gezien in 30 de pijlrichting van de lijn VII-VII van die figuur; en fig. 8 is een schematische langsdoorsnede van weer een andere uitvoeringsvorm van de aandrijfinrichting.

De aandrijfinrichting, afgebeeld in fig. 1 35 heeft een cilindrisch huis 11 met een daarop aansluitende kap 20, in welk huis een trillingsopwekinrichting 12 voor het opwekken van supersonische trillingen is ondergebracht.

Deze inrichting is van op zichzelf bekende aard en wordt elektromagnetisch bekrachtigd door een spoel 19. De kern 40 van de trillingsopwekinrichting 12 trilt in de axiale rich- o η n 1 c o o -4- ting van het huis en draagt een daartegen bevestigde tril-lingsplaat 16. In het huis 11 is voorts een rotor 13 door middel van kogellegers 14 draaibaar maar axiaal onverschuifbaar ondersteund, waarbij de hartlijn van de rotor samenvalt met 5 de as van het huis. Het rotorlichaam heeft een uit het huis naar buiten stekende asstomp voor de koppeling met een aan te drijven orgaan en heeft aan zijn in het huis liggende einde een schijfvormig vlak, dat evenwijdig aan en op kleine afstand van het voorvlak van de trillingsschijf 16 ligt. De 10 rotor 13 is op dit naar binnen gekeerde kopvlak voorzien van als één geheel met het rotorlichaam gevormde trillingsele-menten 15, die in een krans zijn geplaatst en elk onder eenzelfde schuine hoek vanaf het rotorkopvlak uitsteken. In de getekende ruststand liggen de uiteinden van de trillingsele-15 menten 15 tegen de trillingsschijf 16 van de trillingsopwek-inrichting 12 aan.

Het huis 11 heeft aan zijn voorzijde een opsluitring 17 voor de legers 14 en een opsluitmoer 18 voor de rotor 13.

20 In fig. 2 zijn de rotor 13 met de krans van schuin uitstekende trillingselementen 15 en de trillingsop-wekinrichting met trillingsplaat 16 op grotere schaal getekend, waarbij de uiteinden van de trillingselementen 15 weer tegen de trillingsplaat 16 aan liggen.

25 Bij de vervaardiging van de trillingselemen ten 15 kan als volgt tewerk worden gegaan. Eerst wordt in het cilindrische lichaam van de rotor 13 aan het naar binnen gekeerde kopeinde daarvan een centrale verdieping uitgeboord, zodanig, dat langs de rotoromtrek een ringvormig deel blijft 30 staan. Vervolgens worden in dit ringvormige deel op regelmatige hoekafstanden van elkaar sleuven uitgefreesd, die in vlakken liggen, welke de as van het rotorlichaam onder eenzelfde hoek snijden. Zoals ook het aanzicht van fig. 3 laat zien wordt aldus een krans van op gelijke hoekafstanden van 35 elkaar liggende platte trillingselementen 15 uit het genoemde ringvormige rotordeel gevormd. Als gezien in de zijaanzichten van de fig. 1 en 2 lopen de sleuven en de trillingselementen 15 van links naar rechts schuin omhoog. Het is echter ook mogelijk om de sleuven in de andere richting, dus als te 40 zien in de fig. 1 en 2 van links naar rechts omlaaghellend, 800 1 5 82 « · -5- schuin uit te frezen, in welk geval de rotor op de hieronder te beschrijven wijze met tegengestelde draaizin wordt aangedreven, dan de rotor van de fig. 1-3.

De werking van de inrichting is weergege-5 ven in fig. 4. In fig.^A is een rechthoekig coördinatensysteem aangegeven, waarvan de oorsprong 0 gelegd is in het onderste punt van het linker eindvlak 15a van een trillings-element 15, waartegen het kopvlak 16a van de trillingsschijf 16 aan ligt, waarbij de ordinaat in het vlak van de tekening 10 evenwijdig aan dit kopvlak 16a en de abbis loodrecht op het vlak 16a loopt. Op te merken valt, dat de hoek Θ, die de hellingshoek aangeeft tussen het trillingselement 15 en de evenwijdig aan de rotoras lopende alfcis kleiner is dan de wrijvingshoek tussen de trillingsschijf 16 en het trillings-15 element 15.

Als bij bekrachtiging van de trillingsop-wekinrichting 12 de trillingsschijf 16 supersonisch begint te trillen en zich bijvoorbeeld over een afstandΔΧ in de X-richting verplaatst, wordt ook het eindvlak 15a van het 20 trillingselement 15 door de daarop uitgeoefende druk in de positieve X-richting verplaatst. Doordat de rotor 13 axiaal onverschuifbaar is ondersteund, kan uit de als gevolg van de verplaatsing£X optredende drukkracht f (fig. 5), die op het trillingselement 15 wordt uitgeoefend, een component f 25 in de Y-richting worden afgeleid. Door deze krachtcomponent f wordt het trillingselement 15 in de positiever Y-richting ten opzichte van de as van de rotor 13 verplaatst, zoals in fig. 4θ door Y^ is aangegeven. Het trillingselement 15 wordt daarbij elastisch gebogen.

30 Als vervolgens de trillingsschijf 16 in de tegengestelde richting beweegt tot in de stand -ΔΧ van fig. 4C komt het kopvlak 16a van de trillingsschijf 16 vrij van het eindvlak 15a van het trillingselement 15, zodat de wrijvingskoppeling tussen deze vlakken wegvalt. Door de 35 elastische terugvering van het trillingselement 15 wordt het eindvlak 15a daarvan in de positieve Y-richting verplaatst en wel in overeensteming met de karakteristieke frequentie van het trillingselement 15, waarbij de rotor 13 als gevolg van zijn eigen traagheid over een afstandÜY2 in de Y-rich-40 ting wordt verdraaid (fig. 4C). Bij de voortgaande trilling 800 1 5 82 -6- van de trillingsschijf 16 treedt vervolgens weer de toestand van fig. 4A tussen de trillingsschijf en het volgende tril-lingselement 15 op, zodat de rotor 13 continu draaiend wordt aangedreven.

5 De fig. 6A en 6B geven de vorenstaande aan drijf stappen van de inrichting grafisch weer. Fig. 6A toont daarbij de trillingsbeweging van de trillingsschijf 16 en fig. 6B de beweging van het linker uiteinde 15a van het trillingselement 15. Deze beweging L is samengesteld uit de 10 trillingsamplitude M van het trillingselement 15 zelf en de beweging N van de rotor 13. In beide grafieken geeft de tijdsperiode tj- t2 op de abcis een werkstap aan, waarin de trillingsschijf 16 in aanraking met het trillingselement 15 komt, terwijl de tijdsperiode t2 - t^ de volgende stap aan-15 geeft, waarin de trillingsschijf 16 van het trillingselement 15 weg beweegt. Tijdens de eerstgenoemde tijdsperiode wordt de rotor positief aangedreven, terwijl tijdens de tweede tijdsperiode de rotor alleen door de optredende traagheids-krachten draait.

20 Uit het voorgaande volgt, dat de werking van de aandrijfinrichting volgens de uitvinding daarop berust, dat de trillende beweging van de aan de supersonische trillingsopwekinrichting bevestigde trillingsschijf 16 door de elastische buigvervorming van de veerkrachtige trillings-25 elementen 15 in een roterende beweging van de rotor 13 wordt omgezet, waarbij de verplaatsingen van de op afstand van de rotoras liggende trillingselementen 15 een zodanig draaikoppel teweegbrengen, dat een continue rotatie van de rotor optreedt.

30 Bij de uitvoeringsvorm van de fig. l -4 vormen de trillingselementen 15 één geheel met de aan te drijven rotor 13. Het is echter ook mógelijk om de trillingselementen 15 aan de tegen de supersonische trillingsopwekinrichting 12 bevestigde trillingsschijf 16 aan te 35 brengen en bijvoorbeeld als één geheel daarmee te vormen.

De fig. 7 en 8 tonen een andere uitvoeringsvorm van de aandrijfinrichting volgens de uitvinding.

Bij deze uitvoeringsvorm is een aantal, in casu vier, evenwijdig aan elkaar in een krans opgestelde en gemeenschappe-40 lijk ondersteunde trillingsopwekinrichtingen 21 aanwezig, 800 1 5 82 * * -7- die op een gemeenschappelijke rotor 23 werken en daartoe elk op hun naar de rotor toe gekeerd trillingsvlak een aantal trillingselementen 22 dragen. Deze trillingselementen steken onder een bepaalde hellingshoek ten opzichte van de as van 5 de rotor 23 schuin naar voren uit en werken aan hun uiteinden samen met het linker kopvlak van de rotor 23/ zodanig/ dat deze op analoge wijze als hiervoor beschreven aan de hand van de fig. 1-4 roterend wordt aangedreven. Zoals fig. 7B laat zien/zijn de trillingselementen 22 zo geplaatst/ dat zij een 10 uitstekend ringvormig deel 23' van de rotor 23 kunnen aangrijpen om de trillende bewegingen van de respectieve tril-lingsopwekinrichtingen 21 door elastische buigvervorming van de trillingselementen 22 in een roterende beweging van de rotor 23 om te zetten. De verschillende supersonische trillings-15 opwekinrichtingen 21 worden zodanig bestuurd/ dat zij met eenzelfde trillingsfrequentie maar met vaste faseverschillen werken, zodanig/ dat een gelijkmatige draaiing van de rotor 23 wordt bevorderd.

Bij de uitvoeringsvorm van fig. 7 vormen de 20 trillingselementen 22 van een trillingsopwekinrichting 21 één geheel met een tegen deze inrichting bevestigde tril-lingsplaat-· (in de tekening niet zichtbaar). Het is echter ook mogelijk om de trillingselementen 22 als één geheel met de rotor 23 te vormen op analoge wijze als hiervoor beschre-25 ven aan de hand van de fig. 1-4.

Bij de uitvoeringsvorm van fig. 8 is een aantal supersonische trillingsopwekinrichtingen 31 in een rechtlijnige rij opgesteld en daarbij door verbindingsstangen 32 onderling vast verbonden. De respectieve trillingsopwekin-30 richtingen hebben aan hun ondereinden weer aangevormde trillingselementen 33 van de hiervoor beschreven soort, die evenwijdig aan elkaar onder een vast"bepaalde hoek met de vertikaal schuin omlaag lopen. De einden van de trillingselementen 33 werken samen met een lange horizontaal lopende 35 en beweegbaar ondersteunde band of stang 34, die aldus bij werking van de inrichtingen 31 door de elastische buigvervorming van de trillingselementen 33 in de pijlrichting lineair wordt aangedreven.

De aandrijfinrichting of motor volgens de uit-40 vinding kan in dezelfde gebieden toepassing vinden als con- 800 1 5 82 -8- ventionele elektromotoren en kan een hoog koppel of lineaire aandrijfkracht ontwikkelen bij een relatief hoge snelheid en bij een kleine, compacte constructie.

800 1 5 82

Claims (9)

1. Aandrijfinrichting, gekenmerkt door tenminste één supersonische trillingsopwekinrichting, die met een trillingsvlak tegenover een vlak van een aan te drijven, beweegbaar ondersteund bewegingsorgaan ligt, waarbij dit 5 trillingsvlak of het bewegingsorgaan is voorzien van een aantal vast daarmee verbonden uitstekende, platte veerkrachtige trillingselementen, die schuin ten opzichte van de bewegingsrichting van het bewegingsorgaan zijn gericht, en bij werking van de trillingsopwekinrichting telkens met hun uitein- 10 den het bewegingsorgaan resp. het trillingsvlak aangrijpen, zodanig, dat de trillende beweging van het trillingsvlak van de trillingsopwekinrichting onder elastische buigvervorming van de trillingselementen door deze elementen in een continue beweging van het bewegingsorgaan wordt omgezet.

2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het k e n m e r k, dat het bewegingsorgaan draaibaar is ondersteund en de trillingselementen in een krans zijn geplaatst voor de roterende aandrijving van het bewegingsorgaan. ____________________________

- 3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, m e t 20 het kenmerk, dat de trillingselementen aan het naar de trillingsopwekinrichting toegekeerde vlak van het bewegingsorgaan zijn gevormd.

4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, m e t het kenmerk, dat de trillingselementen zijn gevormd 25 op een trillingsplaat of -schijf, die vast aan de trillingsopwekinrichting is aangebracht en het trillingsvlak daarvan vormt.

5. Inrichting volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat een aantal ge- 30 meenschappelijk ondersteunde supersonische trillingsopwek-inrichtingen aanwezig is, die via de daaiaan of aan het bewegingsorgaan gevormde trillingselementen een enkel bewe-ginsorgaan aandrijven.

6. Inrichting volgens conclusie 5, m e t 35 het kenmerk, dat de trillingsopwekinrichtingen in een krans zijn opgesteld voor de aandrijving van een roterend bewegingsorgaan.

7. Inrichting volgens conclusie 5, m e t het 800 1 5 82 -10- kenmerk, dat de trillingsopwekinrichtingen in een lineaire rij zijn opgesteld en de op deze opwekinrichtingen aangebrachte trillingselementen evenwijdig aan elkaar in de langsrichting van deze rij schuin zijn gesteld, waarbij het 5 bewegingsorgaan bestaat uit een zich langs de elementenrij uitstrekkende lange band of stang, die met een lineaire beweging door de trillingselementen wordt aangedreven.

8. Inrichting volgens conclusie 5, 6 of 7, met het kenmerk, dat de verschillende trillings- 10 opwekinrichtingen met eenzelfde trillingsfrequentie maar met vaste faseverschillen werken.

9. Inrichting volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de hellingshoek van de trillingselementen ten opzichte van het vlak van het 15 bewegingsorgaan of het trillingsvlak van de of elke tril-lingsopwekinrichting, waarmee de vrije einden van deze elementen samenwerken, kleiner is dan de wrijvingshoek tussen het betrokken vlak en deze trillingselementen. 800 1 5 82