NL8300700A

NL8300700A - Motorinrichting, onder toepassing van ultrasone oscillatie.

Info

Publication number: NL8300700A
Application number: NL8300700A
Authority: NL
Original assignee: Toshiiku Sashida
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1983-02-24
Publication date: 1983-09-16
Also published as: GB8304897D0; ES520082A0; DE3306755A1; DE3306755C2; FR2522216B1; GB2120462B; CA1208269A; CH665511A5; ES8402734A1; FR2522216A1; US4562374A; IT1169116B; IT8319758A0; BR8300874A; USRE33390E; GB2120462A

Description

* 1 P & C ï:-'

N 6029-1 Ned. M/LdB

Korte aanduiding: Motorinrichting, onder toepassing van ultrasone oscillatie.

De uitvinding heeft betrekking op een motorinrichting onder toepassing 5 van ultrasone oscillatie.

De bekende motorinrichtingen van. verschillende typen gebruikt voor velerlei doeleinden gebruiken meestal electromagnetische krachten als aandrijvingsbron. De afmeting, het gewicht en het koppel van deze inrichtingen worden echter beperkt door het gebruikte materiaal. 10 Meer in het bijzonder worden de hierboven genoemde faktoren bepaald door de magnetische eigenschappen van het gebruikte materiaal, en een inrichting die ontworpen is buiten de eigenschappen van het materiaal om, kan geen aandrijfkoppel verschaffen.

Een oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van een motor-15 inrichting van kleine afmetingen en gering gewicht, waarbij hoge :trillende energie van een ultrasone golf wordt omgezet in een rotatorische of translatorische beweging.

Een meer specifiek oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van een motorinrichting die gebruik maakt van een progressieve golf, 20 gevormd op het oppervlak van een ultrasone oscillator waaronder een elastisch orgaan en een of meer op piezoelectriciteit, elestrostrictie of magnetostrictie gebaseerde elementen, die daarin of daarop gemonteerd worden.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van enige in de figuren 25 der bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

Fig. 1 geeft een fragmentarisch perspectivisch aanzicht om de operationele principes toe te lichten, die aan de uitvinding ten grondslag liggem; 30 Fig. 2 geeft een doorsnede, waarbij een uitvoeringsvorm van de uitvinding getoond wordt.

Fig. 3 geeft een zij-aanzicht, waarbij een oscillator getoond wordt.

Fig. 4 toont op schematische wijze een doorsnede, genomen over 35 de lijn A-A in fig. 3;

Fig. 5 stelt een zij-aanzicht voor, waarbij een voorbeeld van een druk-instelmechanisme wordt weergegeven.

Fig 6 geeft een aanzicht cm elastische oscillatie van de oscillator toe te lichten; 40 Fig. 7 illustreert de mate van kontakt tussen oscillator en 8300700 fc - 2 - » { rotor?

Fig. 8A stelt een doorsnede voor, welke een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding weergeeft;

Fig. 8B geeft schematisch een doorsnede, genomen over de lijn 5 A-A in fig. 8a?

Fig. 9 illustreert de toestand van kontakt tussen oscillator en rotor?

Fig.10A geeft een doorsnede, waarbij een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding weergegeven wordt? 10 Fig.lOB toont schematisch een aanzicht, waarbij de opstelling van electroden in de vorm van piezoelectrische organen wordt weergegeven;

Fig.11 stelt een aanzicht voor in perspectief, waarbij een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt weergegeven?

Fig.12 stelt een aanzicht voor, waarbij een werkwijze wordt 15 weergegeven voor het opwekken van een in een richting gaande oppervlaktegolf, gebruikt voor de inrichting van fig.12?

Fig.13 stelt een aanzicht voor waarbij een lineaire motor wordt weergegeven waarbij een elastisch orgaan zonder eind gebruikt wordt;

Fig.l4A geeft een aanzicht, waarbij een lineaire motor wordt 20 weergegeven, die gebruik·maakt van een lusstructuur omvattende koppel-organen?

Fig.l4B geeft een aanzicht, waarbij een lineaire motor weer----------gegeven wordt, die gebruik maakt van een lusstructuur omvattende resonatoren; 25 Fig. 15 geeft een aanzicht, waarbij een lineaire motor weer gegeven wordt, die gebruik maakt van een enkelvoudig lineair elastisch orgaan en twee oscillatoren.

Fig.16 geeft een aanzicht, waarbij een electrode opstelling wordt weergegeven voor het produceren van een progressieve golf op een 30 stangvormig elastisch orgaan met een piezoelectrisch orgaan;

Figuren 17 en 19 tonen aanzichten, waarbij de wijziging van de opstelling van figuur 16 wordt weergegeven; en

Fig.18 geeft een aanzicht, waarbij een electrode-opstelling wordt weergegeven voor het produceren van een progressieve golf op een 35 stangvormig elastisch orgaan met oscillatoren.

Thans zullen de operationele principes en enige voorkeursuitvoeringsvormen van de motorinrichting volgens de uitvinding worden beschreven onder verwijzing naar de tekeningen.

Fig. 1 geeft een fragmentarisch perspectivisch aanzicht, dat 40 de operationele principes illustreert, die aan de uitvinding ten grondslag 830 0 70 0 β 4« - 3 - liggen. Weengegeven wordt een elastisch orgaan, bijvoorbeeld vein metaal, angs het oppervlak IA waarvan een progressieve golf zich voortplant, weergegeven op overdreven schaal, welke wordt gevormd door een langsgolf en een dwarsgolf. In de eerste plaats is de progressieve golf een oppervlak-5 tegolf, genaamd Rayleigh golf. Het bestaan van een golf, die zich voortplant langs het oppervlak van een elastisch orgaan, wordt duidelijk gemaakt. Elastische golven, die worden voortgeplant door vaste stoffen, omvatten longitudinale golven en dwarsgolven. De longitudinale en de dwarsgolven kunnen in een vaste stof onafhankelijk bestaan, maar zij 10 zijn op gecompliceerde wijze gecombineerd aan het oppervlak volgens de randvoorwaarden ervan.

Een Rayleigh golf kan worden geproduceerd door het plaatsen van een oscillator, die longitudinale of dwarsoscillatie kan ondergaan, op een mediumplaat en door te kloppen tegen het oppervlak van de plaat.

15 Een oppervlaktegolf kan worden waargenomen in een positie die aanzienlijk verwijderd is van de oscillatiebron, wanneer op een of andere wijze tegen het plaatoppervlak wordt geklept. In de tweede plaats wordt de progressieve golf geproduceerd als gevolg van elastische oscillatie van een staafvormig:. (of plaatvormig) elastisch lichaam. In 20 dit geval plant de golf zich voort langs het oppervlak van het orgaan onder vorming laan elliptische deeltjes omloopbanen met langs- en dwars-componenten, die ten-opzichte van elkaar 90° uit fase zijn. In de derde plaats is de progessieve golf een langsgolf, die zich voortplant langs het oppervlak dat een staafvormig (of plaatvormig) elastisch orgaan.

25 In dit geval verschijnt een dwarsgolf gebaseerd op de Poison:'verhouding aan het oppervlak van het elastische orgaan. Ook in dit geval worden deeltjes omloopbanen met langs- ,en dwarscomponenten gevormd, die ten opzichte van elkaar 90° uit fase zijn.

In fig. 1 is geen oscillatiebron weergegeven, maar slechts de 30 toestand van voortplanting van de Rayleigh golf. Hier ziet men een massa punt B bijvoorbeeld, dat een beweging uitvoert langs een elliptische omloopbaan Q, welke een dwarscomponent amplitude A (in de vertikale richting) bezit en een longitudinale component emplitude B (in de horizontale richting), in de riejiting van de pijl M. De progressieve golf plant zich voort met 35 de snelheid van het geluid ü. In de toestand van fig. 1 zijn alle punten aan het oppervlak IA van het elastische orgaan bezig een identieke beweging uit te voeren. Indien een vrij orgaan 2 wordt aangedrukt tegen het oppervlak IA van het elastische orgaan 1 in deze toestand, is het lichaam 2 slechts in kontakt met het elastische orgaan 1 bij de 40 toppen A, A’ ..... van de progressieve golf.

8300 70 0

« P

l -4--

Aangezien de toppen A, A'. ... zich bewegen in de richting van de pijl M bij een oscillatiesnelheid van v - 2τί f b (waarin f = de oscillatie- o frequentie), wordt het vrije lichaam 2 aangedreven in de richting van de pijl N door de wrijvingskrachten die bestaan tussen het lichaam en 5 het elastische orgaan 1.

De motorinrichting volgens de uitvinding is gebaseerd op het aandrijven van een beweegbaar lichaam met een progressieve golf zoals hierboven besproken en deze zal nu worden beschreven in samenhang met enige voorkeursuitvoeringsvormen ervan.

10 Fig. 2 is een doorsnede·,, waarbij een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt weergegeven. In een huis 11 is opgenomen een cilindrische elastische oscillator 13, waarvan het knoopgedeelte wordt ondersteund door een steunorgaan 12. De oscillator 13 heeft een taps toelopende buitenste omtrek 13A, in hoofdzaak gevormd in een centraal deel in de lengte-15 richting·. In het huis 11 is eveneens opgenomen een rotor 14 die dient als een bewegend lichaam. De rotor 14 bezit een taps toelopend binnenste omtreksoppervlak, dat aangedrukt wordt tegen het taps toelopende buitenste omtreksoppervlak 13A van de oscillator 13.

De rotor 14 wordt ondersteund voor axiale beweging van een as 20 15. Een koppel wordt overgedragen van de rotor 14 naar de as 15 via een druk instellend mechanisme 15. Het druk instellend mechanisme 16 zal later uitvoerig worden beschreven onder verwijzing naar fig. 5.

De as 15 is gelegerd in legers 17.

De oscillator 13 omvat op electrostrictie of piezoelectriciteit 25 berustende elementen 18 en 19, die worden samengesteld als de tussen gelegen sectie ervan en dienen als een bron van een progressieve golf.

Fig. 3 toont een zij-aanzicht van de oscillator 13 en fig. 4 toont een doorsnede, genomen over de lijn A-A in fig. 3. De op electrostrictie of piezoelectriciteit berustende elementen 18 en 19 zijn in staat tot 30 axiale verlenging en contractie zoals weergegeven door pijlen in fig.3.

Een electrodesamenstel 20 is als een sandwich'.., geplaatst tussen de elementen 18 en 19. De op electrostrictie of piezoelectriciteit berustende elementen en de electroden van het electrodesamenstel zijn opgesteld op een wijze zoals weergegeven in fig. 4. Een paar diametraal tegenover 35 elkaar gelegen electroden A en B zijn aangesloten op een aansluitklem 21. Een ander paar electroden C en D die eveneens diametraal tegenover elkaar gelegen zijn, zijn verbonden met een aansluitklem 22. Gedeelten van de op electrostrictie of piezoelectriciteit berustende elementen, die diametraal tegenover elkaar gelegen zijn, zijn ingericht om verlenging of samen-40 trekking in tegengestelde richtingen te ondergaan. Meer in het bijzonder 8300700 - 5 - zijn gedeelten van de op electrostrictie of piezoelectriciteit berustende elementen 18 en 19, die in kontakt zijn met de electrode A, ingericht om expansie te ondergaan, terwijl hun gedeelten die in kontakt zijn met de electrode B, ingericht zijn om een samentrekking te ondergaan. Op 5 soortgelijke wijze zijn hun gedeelte in kontakt met de electrode D ingericht om verlenging te ondergaan, terwijl hun gedeelten, die in kontakt zijn met de electrode C. ingericht zijn om samentrekking te ondergaan.

Fig. 5 geeft een doorsnede, waarbij een specifiek voorbeeld wordt weergegeven van het hierboven genoemde drukinstellend mechanisme 16. 10 Het geïllustreerde voorbeeld is een automatisch drukinstellend mechanisme. Het mechanisme omvat een paar speciale nokken 23 en 24, die tegenover elkaar nokoppervlakken bezitten, die elk bestaan uit een aantal V-vormige naast elkaar opgestelde dalgedeelten, en stalen kogels 25, die elk opgenomen zijn in elk paar V-vormige gedeelten van de tegenover elkaar gelegen 15 nokoppervlakken. Wanneer er geen belasting is, is elke stalen kogel zodanig gelegen dat hij correspondeert met de bodem van het samenwerkende paar V-vormige dalgedeelten. Naarmate het koppel toeneemt bij toepassing van de belasting, worden de stalen kogels verplaatst om de tegenover elkaar gelegen nokoppervlakken uit elkaar te drijven, waardoor een axiale druk 20 wordt opgewekt. Op deze wijze wordt het koppel overgedragen vanaf de rotor 14 naar de as 15.

Met bovenstaande constructie wordt de oscillator 13 genoodzaakt een elastische oscillatie te ondergaan, zoals weergegeven is in fig. 6 door het aanleggen van een hoogfrequente spanning tussen de oscillator en de 25 aansluitklem 21, waarop de electroden A en B zijn aangesloten, zoals weer— gegeven in fig. 4. In de grond toestand van de trilling, zeals weergegeven in fig. 6 vormt een centraal punt B de buik, terwijl punten H en K de knopen vormen van de trilling. Door een hoogfrequente spanning aan te leggen, die 90° uit fase is ten opzichte van de spanning aangelegd aan de 30 electroden A en B tussen de oscillator 13 en de andere aansluitklem 22, die verbonden is met de andere electrode C en D wordt een trilling opgewekt, die in fase verschoven is ten opzichte van de hiervoor genoemde trilling met de buik in het punt B in de vertikale richting (d.w.z. in een richting loodrecht op het vlak van de tekening) . De resulterende golf ontstaan uit 35 de langsgolf en de dwarsgolf, die op bovenstaande wijze op kunstmatige wijze geproduceerd zijn, vormt een roterende cirkelvormige trilling.

Figuren 7A - 7D tonen de toestand van kontakt tussen de buitenomtrek van het centrale gedeelte 13B van de oscillator 13, dat de buik vormt van de trilling, en de corresponderende binnenste cantrek 14A 40 van de rotor 14 voor individuele kwarten van een cyclus. De binnenomtrek 8300700 * *· ' l - 6 - van de rotor 14 is in kontakt met de buik van de golf aan de zijde van de oscillator 13 en het kontaktpunt voltooit een omloop langs de binnenomtrek 14A van de rotor 14 voor elke cyclus. De snelheid van het massapunt, dat de buik van de golf vormt, is evenredig met de amplitude van de tril-5 ling en is in de orde van 0 tot verscheidene m/sec. De opgewekte trilling aan de. zijde van de oscillator wordt omgezet in koppel aancle zijde van de rotor met de beweging van het kontaktpunt om de volgende reden.

Bij vergelijking van de omtrekslengte van de binnenste omtrek 14A van de rotor 14 en die van de Corresponderende buitenomtrek 13B van 10 de oscillator 13, is de eerste groter dan de laatste, zoals blijkt uit fig. 7. Waaneer het contactpunt van de rotor 14 aldus verschoven wordt ten opzichte van de oscillator 13 met een waarde, corresponderend met het verschil tussen de omtrekslengten van de beide, wordt deze hoeveelheid van verschuiving aangenomen als rotatie.

15 De richting van de rotatie kan worden omgekeerd door de fase van de hoogfrequente spanning, die aangelegd wordt aan de electroden A en B of C of D om te keren.

Fig. 8A toont een doorsnede waarbij een andere uitvoeringsvorm van de. uitvinding wordt weergegeven, en fig. 8B geeft op schematische 20 wijze een doorsnede hiervan genomen over lijn A-A in fig. 8A. Deze uitvoeringsvorm bevat een ringvormige elastische oscillator 33, opgenomen in een huis 31 en ondersteund door een steunorgaan. De ringvormige elastische oscillator 33 heeft een taps toelopende binnenste omtrek 33A, die in kontakt is met een corresponderende buitenste omtrek van een rotor 25 34. De rotor 34 wordt ondersteund voor axiale beweging om een as 35. Een koppel wordt overgedragen vanaf de rotor 34 naar de as 35 via een druk instellend mechanisme 36, dat de zelfde constructie heeft als die, weergegeven in fig. 5. Aangeduid met 37 is een op electrostrictie of piezo-electriciteit gebaseerd element en met 38 zijn legers aangeduid. Zoals 30 weergegeven in fig. 8B, waarin het huis 31 niet is weergegeven, is het op electrostrictie of piezoelectriciteit gebaseerde element 37 bevestigd aan de buitenomtrek van de ringvormige elastische oscillator 33, die een elastisch lichaam is. Het element is zodanig gepolariseerd dat het verlenging en contractie kan ondergaan in de richting van de pijlen, en 35 voorzien is van electroden A-H. De electroden A-D zijn aangesloten op een aansluitklem 39, terwijl de electroden E-H aangesloten zijn op een aansluitklem 40.

Wanneer een hoogfrequente spanning wordt aangelegd tussen de aansluitklem 39 en de oscillator 33, terwijl de hoogfrequente spanning, 40 die 90° uit fase is, wórdt aangelegd tussen de aansluitklem 40 en de 8300 70 0 t t - 7 - oscillator 33, wordt de oscillator 33 gedwongen een elastische trilling te ondergaan van bimorph type. De frequentie van deze elastische trilling wordt gegeven door E h2_ n2 (n2 - l)2 24(1-32) /a* n2 + 1 waarin E = de elasticiteitsmodulus is van Young ^ = de verhouding van Poisson a = de straal van de middencirkel 10 h = de dikte van de omtrekswand n = het volgnummer van de elastische trilling, en P = de dichtheid van het materiaal.

In deze uitvoeringsvorm is N = 2 en tonen figuren 9A tot 9D de toestand 15 van kontakt tussen de binnenomtrek van de rotoroscillator en de buitenomtrek van de rotor 34 voor individuele kwarten van één cyclus. Het kon-taktpunt tussen de oscillator en de rotor vormt de buik van de golf. De buik volvoert een halve excursie voor elke trillingscyclus. De in de oscillator 33 opgewekte trilling wordt overgedragen als koppel naar de 20 rotor 34 met de beweging van het kontaktpunt, zoals eerder in samenhang met fig. 7 besproken is.

Fig. 10A toont een doorsnede, waarbij een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding is weergegeven en fig. 10B een aanzicht waarbij de opstelling van electroden wordt weergegeven, aangebracht op een 25 piezoelectrisch lichaam. In deze uitvoeringsvorm worden hoogfrequente o spanningen, die ten opzichte van elkaar 90 uxt fase zijn, en. welke worden verkregen uit onafhankelijke circuits, aangelegd aan respectieve electroden aansluitklemmen A en B om het piezoelectrische lichaam 52 te bekrachtigen. Een elastische ring 51 kan een bimorphe trilling onder-30 gaan om een oppervlaktegolf te produceren als resultaat van een langs-golf en een dwarsgolf, waarbij de oppervlaktegolf zich voortplant langs het oppervlak 51A van de elastische ring 51. Een rotor 53, die aangedrukt gehouden wordt tegen dit oppervlak, ontvangt het aandrijfkoppel.

De electrode-opstelling en polarisatie van het piezoelectrische lichaam 35 zijn weergegeven in fig. 10B. Hier is de steek van de electrodeopstelling afgesteld op de halve golflengte van de oppervlaktegolf, en de polarisatie van het piezoelectrische lichaam wordt weergegeven als plus en min tekens (waarbij electrodegroepen A en B in positie verschoven zijn over een bedrag, overeenkomend met een kwart golflengte). De individuele aan-40 aluitklemmen A en B zijn verbonden met aansluitklemmen A en B van respec- 8300700 - 8 - tieve afzonderlijke circuits. Wanneer bij de bovenstaande constructie o hoogfrequente spanningen die ten opzichte van elkaar 90 üit fase zijn, worden aangelegd aan de betreffende aansluitklemmen A en B, wordt een progressieve golf gevormd aan het oppervlak van de elastische ring 51.

5 Fig. 11 toont een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding, toegepast bij een lineaire motor, waarbij ultrasone trilling wordt omgezet in een translatorische beweging. Zoals is weergegeven worden elastische organen 62 aangedrukt gehouden tegen het oppervlak van een plaatvormig orgaan 61. Een piezoelectrisch orgaan 63 wordt gekit aan een deel van 10 het opperv-ak van elk elastisch orgaan 62. Een oppervlaktegolf (of Rayleigh golf) kan aldus worden geproduceerd aan het elastische orgaan 62. Het elastische orgaan 62 heeft vloeiend gekromde einden 62A, zodat de oppervlaktegolf zich kan voortplanten langs het oppervlak van het elastische orgaan 62 op continue wijze om beweging te veroorzaken van het plaat-15 vormige lichaam 61 in de richting van de pijl W.

Fig. 12 toont een werkwijze voor het opwekken van een in een richting verlopende oppervlaktegolf, gebruikt voor de voorafgaande uitvoeringsvorm. Een aantal electroden 92 wordt gekit aan het oppervlak van een piezoelectrisch lichaam 91 en worden verbonden via drie ver- 20 schillende circuits met een faseverschuiver 93. Door het aanleggen van hoogfrequente spanningen met resp. fase 0, 120 en 240° aan de be- // treffende circuits, kan een in een richting verlopende oppervlaktegolf worden opgewekt in het piezoelectrische lichaam 91.

Fig. 13 toont een wijziging van de eerdere uitvoeringsvorm van 25 fig. 11. Hier wordt een plaatvormig lichaam 72 aangedrukt gehouden tegen het oppervlak van een staafvormig elastisch lichaam 71 zonder einde.

Een aantal piezoelectrische lichamen 73 worden bevestigd aan een ander deel van het elastischelichaam 71. Met deze constructie kan men maken dat het staafvormige elastische lichaam 71 zonder einde een elastische 30 trilling ondergaat voor het opwekken van een golf. De golf plant zich voort en wordt gecirculeerd als progressieve golf langs het elastische lichaam 71.

Fig. 14A toont een verder voorbeeld van de lineaire motor.

Hier zijn twee staafachtige elastische lichamen 76 en 77 bevestigd aan 35 elkaar door koppelorganen 78 en 79. Plaatvormige lichamen 80 worden aangedrukt, gehouden tegen het staafvormige elastische lichaam 76. Een aantal piezo-electrische lichamen 81 wordt bevestigd aan het andere staafvormige elastische lichaam 77. Bij een dergelijke constructie kunnen de piezo-electrische lichamen 81 zorgen dat het staafvormige elastische 40 lichaam 77 een elastische trilling uitvoert. De aldus geproduceerde 8300700 - 9 - progressieve golf wordt omgezet in. een langstrilling van het koppelorgaan 76 dat aanwezig is aan het ene einde van het elastische lichaam 77.

Deze langstrilling wordt omgezet in een elastische trilling van het staafvormige elastische lichaam 76 om zich voort te planten als pro-5 gressieve golf langs het staafvormige elastische lichaam 76. Deze progressieve golf wordt naar achteren overgedragen naar het staafvormige elastische lichaam 76 via het koppelorgaan 79.

Fig. 14B toont een verder voorbeeld van de lineaire motor. Hier zijn twee staafvormige elastische lichamen 76 en 77 bevestigd aan elkaar 10 door resonatoren 82 en 83. PLaatvormige lichamen 80 worden aangedrukt gehouden tegen het staafvormige elastische lichaam 76. Een groot aantal piezoelectrische lichamen 81 zijn bevestigd aan het andere staafvormige elastische lichaam 77. Bij deze constructie kunnen de piezoelectrische lichamen 81 maken dat het staafvormige elastische lichaam 77 een elasti-15 sche trilling tot. stand brengt, waarbij de aldus geproduceerde progessie-ve golf wordt omgezet in een langstrilling van de resonator 88 die aanwezig is aan het ene einde van het staafvormige elastische lichaam 77. De langstrilling wordt omgezet in een elastische trilling van het staafvormige elastische lichaam 76, dat zich dient voort te planten als progessieve 20 golf langs het staafvormige elastische lichaam 76. Deze progessieve golf wordt terug overgedragen naar het staafvormige elastische lichaam 77 via de resonator 83.

Het koppelorgaan en de resonator zoals hierboven vermeld verschillen van elkaar in functie als volgt: 25 Het koppelorgaan dient om de elastische trilling van het staaf vormige elastische lichaam on te zetten in langstrilling of vice versa.

Het materiaal ervan en de afmetingen worden beperkt door problemen van aanpassing van akoestische impedantie. Echter is de vorm er van eenvoudig, zodat de reductie in afmeting en kosten gemakkelijk kan worden verkregen.

30 De resonator, ofschoon deze de zelfde rol speelt als het koppelorgaan, staat een betrekkelijk vrije selectie^van de akoestische impedantie aanpassing en heeft een hogere trillingsenergie transmissiecapaciteit. De vorm er van is echter gecompliceerd en het is noodzakelijk de karakteristieke frequentie er van aan te passen aan de trillingsfrequen-35 tie van de trillingsbron. Om bovenstaande redenen is het tamelijk duur.

Fig. 15 toont een verder voorbeeld van de lineaire motor. Hier worden plaatvormige lichamen 89 aangedrukt gehouden tegen het oppervlak van een staafvormig elastisch lichaam 86, waarmede oscillatoren 87 en 88 gekoppeld zijn. Met deze constructie kan de oscillator 87 maken dat het 40 staafvormige elastische lichaam 86 een elastische trilling uitvoert.

8300 70 0 - 10 -

De oscillator 88 absorbeert de trilling van de aldus geproduceerde pro-gessieve golf en zet deze om in electrische energie die 'wordt teruggewonnen of teruggevoed naar de oscillator 87.

Fig. 16 toont een verdere uitvoeringsvorm, waarbij een piezo-5 electrisch element 87 wordt bevestigd aan een staafvormig· (of plaatvormig) elastisch lichaam 96. Het piezoelectrisch lichaam 87 is voorzien van electroden, die verbonden zijn met afzonderlijke circuits (A en B). Het piezoelectrische lichaam is gepolariseerd ten opzichte van het elastische lichaam 96 in tegengestelde richtingen volgens pijlen M en M* 10 loodrecht op het vlak van de tekening voor elk kwart van de golflengte. Door hoogfrequente spanningen, die ten opzichte van elkaar 90° uit fase zijn aan te.'leggen aan de betreffende electrodegroepen A en B, wordt het staafvormige elastische lichaam 96 gedwongen een elastische trilling - te ondergaan voor het produceren van een in één richting verlopende pro-15 gessieve golf.

Figuren 17 en 19 tonen wijzigingen van de uitvoeringsvorm van fig. 16. Hier zijn electrodegroepen A' en B' voor resp. piezoelectrische lichamen 97A en 97B aanwezig in afzonderlijke posities. De piezoelectrische lichamen 97A en 97B zijn gepolariseerd in tegengestelde richtingen 20 volgens pijlen M en M' voor elke helft van één helft( .een kwart?) van de golflengte. De piezoelectrische lichamen 97A en 97B zijn van elkaar ver-wij derd of in zig-zag formatie hart op hart over een afstand overeenkomend met een kwart plus n/2 (waarin n een geheel getal is) van de golflengte.

25 Fig. 18 toont een verdere wijziging van de uitvoeringsvorm van fig. 16. Hier zijn· twee oscillatoren 98 en 99 bevestigd aan een staafvormig ; (of plaatvormig) elastisch lichaam 96 via respectieve koppelorga-nen 100 en 101. De oscillatoren 98 en 99 zijn opnieuw van elkaar verwijderd hart op hart over een afstand overeenkomende met een kwart plus n/2 30 (waarin n een integer getal is) van de golflengte. Door het aanleggen van hoogfrequente spanningen, die 90° ten opzichte van elkaar uit fase zijn, aan de respectieve oscillatoren 98 en 99, wordt het staafvormige elastische lichaam 96 gedwongen een elastische trilling te ondergaan teneinde een in één richting verlopende progressieve golf te produceren. 35 Ofschoon de bovenstaande uitvoeringsvormen zich bezighouden met oscillatoren omvattende of bestaande-uit piezoelectrische elementen, kunnen deze elementen vervangen worden door op electrostrictie of magnetostrictie gebaseerde elementen.

Zoals beschreven is in het voorstaande in samenhang met de operationele principes en sommige voorkeursuitvoeringsvormen^maakt de 8300700 .· f - 11 - motorinrichting volgens de uitvinding, anders dan de bekende motorinrich-tingen van diverse typen, gebruik van ultrasone trilling, d.w.z. een progressieve golf geproduceerd op het oppervlak van een elastisch lichaam door een op piezoelectriciteit, electrostrictie of magnetostrictie 5 gebaseerd element samengesteld als oscillator in of op het elastische lichaam. Meer in het bijzonder maakt de inrichting gebruik van een revolutionair systeem voor het produceren van een progressieve golf, waar deeltjes omloopbanen elliptisch zijn bij hoge trillingsenergie van een ultrasone golf en de progressieve golf omzetten in rotatorische 10 of translatorische beweging van een bewegend lichaam. Aldus kan de motorinrichting een hoog aandrijvend koppel verschaffen terwijl zij klein in afmeting is en licht in gewicht, zodat zij zeer extensieve toepassingen kan vinden.

15 \ 8300 70 0

Claims

1. Motorinrichting onder :toepassing van ultrasone trilling bevattende een ultrasone oscillator omvattende een elastisch orgaan en een of meer op piezoelectriciteit, electrostrictie of magnetbstrictie gebaseerde elementen, gemonteerd in of op het elastische orgaan, en een beweegbaar 5 orgaan, waarvan een gedeelte tegen een gedeelte van het elastische orgaan aangedrukt gehouden wordt, en beweegbaar is in een vaste richting; een progressieve golf gevormd op het oppervlak van het elastische orgaan en gevormd door een longitudinale golf en een dwarsgolf, die worden omgezet in een in één richting gaande beweging van het beweegbare orgaan.

2. Motorinrichting onder toepassing van een ultrasone trilling • volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een aantal op piezoelectriciteit, electrostrictie of magnetostrictie gebaseerde elementen omvat voor het toepassen van een progressieve golf, genaamd Rayleigh-golf, die geproduceerd wordt op het oppervlak van het elastische 15 lichaam en gevormd wordt door een langsgolf en een dwarsgolf.

3. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling, volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een aantal op piezoelectriciteit, electrostrictie bf magnetostrictie gebaseerde elementen omvat om een elastische trilling van een staafvormig 20 elastisch lichaam te veroorzaken teneinde gebruik te maken van een progressieve golf geproduceerd op het oppervlak van het staafvormige elastishhè lichaam en gevórmd door een langsgolf en een dwarsgolf.

4. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een 25 aantal op piezoelectriciteit, electrostrictie of magnetostrictie gebaseerde elemènten omvat om te maken dat een staafvormig elastisch lichaam een langsgolf produceert teneinde gebruik te maken van een progressieve golf gevormd op het staafvormige elastische lichaam en gevormd door een langsgolf en een dwarsgolf gebaseerd op de Poisson-verhouding.

5. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een staafvormig of cilindrisch elastisch lichaam omvat en één of meer op piezoelectriciteit, electrostrictie of magnetostrictie gebaseerde elementen samengesteld in of op het elastische lichaam, en het beweegbare 35 lichaam een cilindrische rotor is, die aangedrukt gehouden wordt tegen de ultrasone oscillator, waarbij een op het oppervlak van de ultrasone oscillator geproduceerde progressieve golf, gevormd door een langsgolf en een dwarsgolf, omgezet wordt in een in één richting gaande rotatorische 8300700 - 13 - « beweging van de rotor.

6. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone -trilling volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator wordt ondersteund door een steunorgaan en een centrale tapsvormig toelopende 5 buitenste omtrek bezit, die aangedrukt gehouden wordt tegen de binnenomtrek van het beweegbare lichaam of rotor, en welke voorts een as bevat, waarbij het beweegbare lichaam of de rotor ondersteund wordt voor axiale beweging om de as, terwijl een drukinstelmechanisme aanwezig is om koppel over te dragen vanaf het beweegbare lichaam of de rotor 10 naar de as.

7. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 1, 5' of 6, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een paar op piezoelectriciteit, elect'rostrictie of magnetostrictie gebaseerde elementen omvat, die tezamen gemonteerd zijn met daartussen 15 ,in de vorm van een sandwich een electrodesamenstel in een :tussengelegen sectie van het elastische lichaam.-

8. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat het drukinstelmechanisme een automatisch drukinstelmechanisme is aangebracht tussen de as en de 20 rotor en een paar nokken bevat met tegenover elkaar gelegen nokopper-vlakken die elk bestaan uit een opeenvolging van V-vormige gedeelten en stalen kogels die elk opgenomen zijn in samenwerkende V-vormige gedeelten van het paar nokoppervlakken.

9. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling 25 volgens conclusie 5,waarbij de ultrasone oscillator twee of meer op piezoelectriciteit, electrostrictie of magnetostrictie gebaseerde elementen bevat en een taps toelopend omtreksgedeelte bezit, waarbij de rotor een omtreksgedeelte heeft grenzend aan een open einde, dat aangedrukt gehouden wordt tegen het taps toelopende omtreksgedeelte van 30 de ultrasone oscillator, en die voorts een as bevat, die penetreert in een gesloten einde van de rotor en van de ultrasone oscillator, en een drukinstelmechanisme, waarbij de as zijn ene einde ondersteund heeft in een leger door het drukinstelmechanisme.

10. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling 35 volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het op piezoelectriciteit, electrostrictie of magnetostrictie gebaseerde element of elementen in staat is of zijn tot expansie en contractie in de axiale richtingen.

11. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling 8300700 - 14 - volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator voorts een electronensamenstel omvat aangebracht op het electrostatische, electrostrictieve of magnetostrictieve element of elementen, welk electrodèsamenstel twee of meer electrodeparen bezit die opgesteld zijn 5 langs een cirkel en elk bestaat uit diametraal tegenover elkaar gelegen electroden, waarbij de elèctroden in alk paar aangesloten zijn op elk onafhankelijke \aansluitklem, terwijl diametraal tegenover elkaar gelegen gedeelten, van de op piezoelectriciteit, electrostrictie of magnetostrictie gebaseerde elementen daarvoor in staat is om te worden geëxpandeerd 10 resp, samengetrokken of vice versa.

12. Motor inrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling, volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een centraal gedeelte van de ultrasone oscillator^ in contakt gehouden wordt met een corresponderend binnenste omtreksgedeelte van de rotor.

13. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 1 of 3, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een ringvormige oscillator is ondersteund door een steunorgaan en een taps toelopend binnenste omtrek bezit, waarbij de buitenste omtrek van de ringvormige oscillator gevormd wordt door een piezoelectrisch, electro-20 strictief' of magnetostrictief element, en het beweegbare lichaam een cilindrische'rotor is, waarvan een buitenste omtrek aangedrukt gehouden wordt tegen de taps toelopende binnenste omtrek van de ringvormige oscillator, en'welke voorts een as bevat waarbij de rotor ondersteund is voor axiale beweging op de as, en eeil drukinstelmechanisme aanwezig 25 is om koppel'over'te brengen vanaf de rotor naar de as.

14. Motorinrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de buitenomtrek van de ringvormige oscillator gevormd wordt door een langs de omtrek gepolariseerd .-piezbelectrisch, electrostrictief of . magnetostrictief element.

15. Motorinrichting volgens conclusie 1 bf 3, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator omvat een ringvormig elastisch lichaam en één of meer piezoèlèctrische, electrostrictievè bf magnetostrictieve elementen samengesteld in of op het ringvormige elastische lichaam en verbonden'met twee bf meer'afzonderlijke circuits, waarbij het beweegbare 35 lichaam een rotor is die opgesteld is in en aangedrukt gehouden wordt tegen het ringvormige elastische lichaam, terwijl een progressieve golf geproduceerd wordt op het oppervlak van het ringvormige elastische lichaam en gevormd wordt door een langsgolf en een dwarsgolf, die omgezet worden in een in één richting gaande rotatorische beweging van 8300700 « I - 15 - de rotor.

16. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 15, gekenmerkt door een as, de rotor, het ringvormige elastische lichaam en een of meer piezoelectrische, electrostrictieve 5 of magnetostrictieve elementen, die coaxiaal om de as in de genoemde volgorde opgesteld zijn, en voorts een druk instellend mechanisme, waarbij de as met zijn ene einde ondersteund wordt in een leger door het druk-instelmechanisme en een huis, waarin al deze componenten zijn opgenomen.

17. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling 10 volgens conclusie 15, gekenmerkt door een as, de rotor, het ringvormige elastische lichaam en een of meer piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen die coaxiaal om de as zijn aangebracht in de genoemde volgorde, en waarbij de ultrasone oscillator voorts een electrodesamenstel omvat, dat aangebracht is op het piezoelectrische, 15 electrostrictieve of magnetostrictieve element of elementen, terwijl het electrodesamenstel een.gelijk aantal elementen bezit, die afwisselend verbonden zijn met de beide afzonderlijke aansluitklemmen, waarbij de electroden die verbonden zijn met een der aansluitklemmen, 90° uit fase zijn ten opzichte van de electroden die verbonden zijn met de andere 20 aansluitklem.

18. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het drukinstelmechanisme aangebracht is tussen de as en de rotor en een nok bezit en een aantal stalen kogels.

19. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het beweegbare lichaam een plaatvormig lichaam is, dat beweegbaar is in een .vaste richting,'en de ultrasone oscillator een of meer elastische lichamen omvat, die aangedrukt gehouden worden tegen het plaatvormige lichaam, en een of meer piezo-30 electrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen bevestigd aan het elastische lihcaam of lichamen en verbonden met twee of meer afzonderlijke circuits, waarbij hoogfrequente spanningen met verschillende fasen aangelegd worden aan de betreffende afzonderlijke circuits teneinde gebruik te maken van een progressieve golf, die geproduceerd wordt aan 35 het oppervlak van het elastische lichaam of lichamen en gevormd wordt door een langsgolf en een dwarsgolf om een translatorische beweging te veroorzaken van het plaatvormige lichaam in de vaste richting.

20. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een 83. ff 700 ► I - 16 - staafvormig elastisch lichaam omvat en een of meer piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen die bevestigd zijn aan het staafvormige elastische lichaam en verbonden met twee of meer afzonderlijke circuits, en waarbij het beweegbare lichaam èen plaat-5 vormig lichaam is, dat aangedrukt gehouden wordt tegen een ander gedeelte van het staafvormige elastische lichaam dan het gedeelte, waartegen het piezoelectrisch, electrostrictieve of magnetostrictieve element of elementen is of zijn bevestigd, waarbij hoogfrequente spanningen;.van verschillende fasen aangelegd worden aan de betreffende afzonderlijke 10 circuits voor het opwekken van een progressieve golf die gevormd wordt door een langsgolf en een dwarsgolf op het oppervlak van het staafvormige elastische lichaam, terwijl de progressieve golf wordt omgezet in een in één richting gaande beweging van het plaatvormige lichaam.

21. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling 15 volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat het staafvormige elastische lichaam eindeloos is.

22. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 1 of 3, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator twee staafvormige elastische lichamen omvat, die bevestigd zijn aan elkaar 20 door een koppelorgaan en een aantal piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve élementen bevestigd aan één der staafvormige .elastische lichamen, waarbij het beweegbare lichaam een plaatvormig lichaam is, dat aangedrukt gehouden wordt tegen het andere van de staafvormige elastische lichamen, terwijl een progressieve golf opgewekt 25 op het oppervlak van de staafvormige elastische lichamen en gevormd door een langsgolf en een dwarsgolf omgezet worden in een in één richting gaande beweging van het plaatvormige lichaam.

23. Motorinrichting onder toepassing van een ultrasone trilling volgens conclusie 1 of 3, metr.het kenmerk, dat de ultrasone oscillator 30 twee staafvormige elastische lichamen omvat die bevestigd zijn aan elkaar door resónatormiddelen en een aantal piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen bevestigd aan één eter staafvormige elastische lichamen, terwijl het beweegbare lichaam een plaatvormig lichaam is, dat aangedrukt gehouden wordt tegen het andere van de staaf-35 vormige elastische lichamen, waarbij een progressieve golf opgewekt wordt aan het oppervlak van het staafvormige elastische lichaam en gevormd door een langsgolf en een dwarsgolf, die worden omgezet in een in één richting gaande beweging van het plaatvormige lichaam. 8300700 - » -ΠΙΑ. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 1, 3 of 4, met het kenmerk, dat het beweegbare lichaam een plaatvormig lichaam is, en de ultrasone oscillator een staafvormig elastisch lichaam omvat, waarbij het plaatvormige lichaam en de één 5 of meer piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen opgesteld:zijn ;op het staafvormige elastische lichaam.

25. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een aantal piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve 10 elementen omvat, die bevestigd zijn aan het ene oppervlak van het staafvormige elastische lichaam en gepolariseerd zijn in een afzonderlijke wijze voor elk kwart van de golflengte van een progressieve golf opgewekt op het oppervlak van het staafvormige elastische lichaam met elastische trilling ervan.

26. Motorinrichting onder gebruikmaking van een elastische trilling volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een aantal piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen omvat die bevestigd zijn aan het ene oppervlak van het staafvormige elastische lichaam en gepolariseerd op een afzonderlijke wijze 20 voor elke ene helft van de golflengte van een progressieve golf opgewekt op het oppervlak van het staafvormige elastische lichaam met elastische trillingervan, terwijl piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen opgesteld zijn met een haft op hart interval overeenkomend met een kwart plus n/2 van de golflengte.

27. Motorinrichting onder gebruikmaking van een ultrasone trilling volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een aantal piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen omvat die bevestigd zijn aan het ene oppervlak van het staafvormige elastische lichaam door respectieve koppelorganen en opgesteld zijn met 30 een hart op hart interval overeenkomend met een kwart plus n/2 van de golflengte van een progressieve golf opgewekt op het oppervlak van liet staafvormige lichaam met elastische trilling er op.

28. Motorinrichting onder gebruikmaking van ultrasone trilling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ultrasone oscillator een 35 elastisch, orgaan zonder einde omvat alsmede een aantal piezoelectrische, electrostrictieve of magnetostrictieve elementen die bevestigd zijn aan het oppervlak van het elastische orgaan zonder einde, waarbij een progressieve golf wordt geproduceerd op het elastische orgaan zonder einde net 8300 70 0 *· r· 5 - 18' - elastische trilling ervan en gevormd wordt door een langsgolf en een dwarsgolf, die worden omgezet in een in één richting gaande beweging van het beweegbare lichaam. 8300700