SE452933B - Piezoelektrisk motor - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 452 935 elektriskt element. Detta element är framställt av mono- eller polykristallint piezoelektriskt material, som är elektriskt polariserat i den ena riktningen. Det omfattar även minst tvâ elektroder i form av t.ex. en tunn metallbe- läggning, med vilka i allmänhet metalledare är förbundna avsedda att ansluta elementet till en växelspänningskälla, vars frekvens normalt väljes lika med eller i det närmaste lika med oscillatorns resonansfrekvens. När piezoelementet är förbundet med en energikälla av denna typ, uppstår elas- tiska vibrationer i detsamma på bekostnad av den piezo- elektriska effekten, varvid dessa vibrationer bringar hela oscillatorn att vibrera, medan oscillatorn är akus- tiskt isolerad inuti statorn.

Rotorn och statorn är vid kända piezoelektriska motorer tvingade mot varandra på platsen för oscillatorns arbets- yta för att åstadkomma friktionsväxelverkan mellan desamma längs ytan, som är bildad genom rotation av minst ett styc- ke av en rät linje. Uttrycket arbetsyta för oscillatorn avser den yta på oscillatorn, som utsättes för nötning un- der drift. På denna yta för friktionsväxelverkan omvandlas oscillatorn mekaniska svängningar till en i en enda rikt- ning verkande tangentiell kraft, vars storlek varierar och som ger upphov till alstring av momentet, när den påföres denna yta. Friktionskontaktzonen fungerar med andra ord så- som likriktare för omvandling av omväxlande mekanisk pâkän- ning till pulserande påkänning. Storleken av pâkänning i oscillatorn och dess svängningsfrekvenskæsüàmer momentet och varvtalet hos rotorn i en piezoelektrisk motor. Pàkänningen och de mekaniska svängningarna i oscillatorn står i samband med varandra genom elasticitetskoefficienten för det använ- da materialet. Ett linjärt samband föreligger därför mellan rotorns moment och varvtal vid en piexoelektrisk motor, d.v.s. motorn har en karakteristiska med lutande belast- ning. Detta kan emellertid ej anses vara en nackdel, efter- som en dylik karakteristika ofta kräves. Men i vissa fall 10 15 20 25 30 35 452 933 erfordras en plan karakteristika, som generellt erhålles medhjälp av elektroniska kopplingar för att stabilisera mo- torns varvtal. Vid motorer för bandspelare och elektriska skivspelare måste vidare varvtalet kunna regleras i steg, som företrädesvis sker utan minskning av dess moment. I detta sammanhang kan framhållas, att kända piezoelektriska motorer ej i praktiken möjliggör stegvis ändring av varv- talet utan ändring av vridningsmomentet.

En annan nackdel hos kända piezoelektriska motorer ligger däri, att dess konstruktion ej möjliggör varvtalsändring inom ett stort omrâde, eftersom med minskat varvtal rotorns rotation blir allt mer oregelbunden, vilket även förorsa- kas av momentminskningen, i vilket fall momentet blir jäm-' förbart med variationerna i belastningsmomentet.

Dessutom har problemet med omkastad rotationsriktning ej blivit helt löst vid kända piezoelektriska motorer. Icke-re- versibla motorer har i själva verket höga belastningsmo- ment, hög verkningsgrad och lång livstid. De kännetecknas av tyst gäng och matas från enkla elektriska matningskret- sar. Omkastning vid kända piezoelektriska motorer sker ge- nom excitering av mekaniska svängningar av två typer, d.v.s. längs- och tvärgående, i vilket fall det piezoelektriska elementet måste ha tvâ skikt, vilket i hög grad komplicerar dess elektrodutformning och polarisation. Denna konstruk- tion inverkar även ogynnsamt på elementets fasförskjutning och minskar den piezoelektriskt aktiva zonen och kräver där- med tillförsel av högre spänningar. Förekomsten av flera hoplimmade skikt inverkar ogynnsamt pà elementets hâllfast- het och till följd av böjningsvibrationer, som uppträder i monomorfa piezoelektriska element, försämrar dessas be- lastningsanpassning och reducerar därmed verkningsgraden.

För närvarande överstiger verkningsgraden hos reversibla piezoelektriska motorer ej 10 %, vilket medför, att dessa motorer i många fall ej uppfyller tekniska krav, medan verkningsgraden hos icke-reversibla piezoelektriska moto- ._-..i. -___...-.....__*_____.~.. . . ......_1~_....._. 10 15 20 25 30 35 452 933 rer kan överstiga 80 %. Livstiden för piezoelektriska moto- rer med rotorer, som är framställda av superhårda material, överstiger ej 100 timmar, medan livstiden för icke-reversib- la motorer överstiger 1000 timmar.

Ytterligare en olägenhet hos kända piezoelektriska motorer ligger däri, att den endast är försedd med en axel. I vissa fall föreligger emellertid ett behov av att motorn kan ha två eller flera axlar med olika rotationshastigheter. An- vändning av en piezoelektrisk motor med två axlar vid t.ex. en bandtransportmekanism i bandspelare kan avsevärt förenk- la dylika motorers kinematiska egenskaper.

Uppfinningen är baserad på uppgiften att utveckla en piezo- elektrisk motor, vid vilken till följd av konstruktionsför- bättringar motorns rotationsriktning och varvtal kan änd- ras diskret, medan motorns moment är konstant.

Enligt uppfinningen löses denna uppgift vid en piezo- elektrisk motor med en stator och en rotor, varav den ena är försedd med minst en piezoelektrisk oscillator och vilka är tvingade mot varandra på platsen för oscillatorns ar- betsyta för att åstadkomma deras friktionsväxelverkan längs en yta, som är bildad genom rotation av minst ett stycke av en rät linje omkring rotorns ortationsaxel, genom att ro- torn består av en första och en andra del, varav den ena är försedd med minst ytterligare en piezoelektrisk oscillator och varav den första delen friktionsväxelverkar med statorn, och att dessa delar är monterade för relativ rotation om- kring rotorns rotationsaxel och tvingade mot varandra på platsen för den ytterligare oscillatorn för friktionsväxel- verkan mellan dessa delar längs en annan yta, som är bildad genom rotation av minst ett stycke av en rät linje omkring rotorns rotationsaxel.

Till följd av denna utformning av motorn enligt uppfinning- en blir det möjligt att uppnå elektromekaniska parametrar 10 15 20 25 30 35 3 i 452 933 vid reversibla piezoelektriska motorer, som är likartade motsvarande parametrar för icke-reversibla motorer. Till följd av uppfinningen kan varvtalet hos reversibla piezo- elektriska motorer ökas tvâ till tre gånger i jämförelse med likartade icke-reversibla motorer, medan det reglerba- ra varvtalsomràdet kan ökas mera än 10 gånger. Genom an- vändning av extra axlar utvidgas samtidigt tillämpningsom- rådet för piezoelektriska motorer.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med ledning av åtföl- jande ritning, där fig. l visar uppbyggnaden av en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, fig. 2 ett tvärsnitt längs linjen II - II i fig. l, fig. 3 en modifikation av en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, fig. 4 ett tvärsnitt längs linjen IV - IV i fig. 3, fig. 5 en alternativ modifikation av den i fig. 3 visade motors, fig. 6 ett tvärsnitt längs linjen VI - VI i fig. 5, fig. 7 en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, varvid de piezoelektriska oscillatorerna är anordnade på insidan och utsidan av den första delen av rotorn, fig. 8 ett tvärsnitt längs linjen VIII - VIII i fig. 7, fig. 9 en alternativ modifikation av den i fig. 7 visade motorn, fig. 10 ett tvärsnitt längs linjen X - X i fig. 9, 10 l5 20 25 30 35 452 933 fig. ll en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, var- vid piezoelektriska oscillatorer är tvingade mot olika ytor på den första delen av rotorn, fig. 12 ett tvärsnitt längs linjen XII - XII i fig. 11, fig. 13 en alternativ modfikation av den i fig. ll visade motorn, fig. 14 en schematisk vy av arrangemanget med piezoelektris- ka oscillatorer, fig. 15 en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, var- vid oscillatorerna är anordnade på den första delen av rotorn, fig. 16 ett tvärsnitt längs linjen XVI - XVI i fig. 15, fig. 17 en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, var- vid den första delen av rotorn är försedd med plattor, som friktionsvâxelverkar med arbetsytorna på de piezoelektris- ka oscillatorerna, fig. 18 en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, var- vid ytorna för friktionsväxelverkan är belägna på båda de- larna av rotorn, fig. 19 ett tvärsnitt längs linjen XIX-XIX i fig. 18, fig. 20 en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, var- vid piezoelektriska oscillatorer är anordnade på den förs- ta och den andra delen av rotorn, fig. 21 ett tvärsnitt längs linjen XXI - XXI i fig. 20, fig. 22 olika former av piezoelektriska element i en piezo- elektrisk motor enligt uppfinningen, l0 l5 20 25 30 35 452 933 fig. 23 olika former av piezoelektriska oscillatorer i mo- torn enligt uppfinningen och fig. 24 ett kopplingsschema för de piezoelektriska oscil- latorerna.

Enligt fig. l och 2 omfattar en piezoelektrisk motor en- ligt uppfinningen en stator l och en rotor 2, varav statorn 1 är försedd med en piezoelektrisk oscillator 3, medan ro- torn 2 består av en första del 4 och en andra del 5 med yt- terligare en piezoelektrisk oscillator 6.

Här kan framhållas, att motorn enligt uppfinningen kan om- fatta flera oscillatorer 3 och 6, varvid antalet oscillato- rer bestämmes av speciella egenskaper såsom högre effekt, högre varvtal och så vidare.

Oscillatorn 3 och statorn l är med sin arbetsyta tvingad mot den första delen 4 av rotorn 2, så att friktionsväxel- verkan uppstår mellan dessa längs en yta 7 för friktions- växelverkan. Uttrycket arbetsyta användes för att avse en nötningsyta, d.v.s. en yta på en piezoelektrisk oscillator, som är utsatt för nötning under motorns drift.

Delarna 4 och 5 är anordnade koaxiellt i och för relativ rotation. I detta fall är den ytterligare oscillatorn 6 med sin arbetsyta tvingad mot den första delen 4 av rotorn 2, så att friktionsväxelverkan uppkommer mellan delarna 4 och 5 längs en yta 8 för friktionsväxelverkan. Generellt är ytorns 7 och 8 ytor, som är bildade genom rotation av minst ett stycke av en rät linje omkring rotorns rotationsaxel, varvid detta stycke är lika med längden av en beröringslin- je mellan arbetsytan på oscillatorerna 3, 6 och motsvarande del av motorn, varvid dessa delar är statorn l och den förs- ta och den andra delen 4, 5 av rotorn 2. Enligt fig. l och 2 är ytorna? och 8 cylinderformade och angivna genom streck- kade linjer. 10 15 20 25 30 35 452 935 Enligt uppfinningen kan den piezoelektriska motorn vara konstruerad på olika sätt, varvid varvtalet och rotations- riktningen kan ändras var för sig. I beroende av platsen för ytorna för friktionsväxelverkan är sålunda följande mo- difikationer av motorn möjliga, nämligen l) ytorna 7 och 8 är belägna på den första delen 4 av rotorn enligt fig. l - 14, 2) ytan 7 är belägen på den första delen 4 av rotorn och ytan 8 på den andra delen av 5 av rotorn enligt fig. 18, 19, 3) ytan 7 är belägen på statorn 1 och ytan 8 på den andra rotordelen 5 enligt fig. 15, 16 och 17 och 4) ytan 7 är belägen på statorn l och ytan 8 på den första delen 4 enligt fig. 20 och 21.

Enligt ovan är varje yta 7 och 8 en yta, som är bildad ge- nom rotation av minst ett stycke av en rät linje omkring ro- torns rotationsaxel. Här kan framhållas, att antalet styc- ken på den räta linjen bestämmes av antalet piezoelektriska oscillatorer, som är i beröring med en motsvarande yta. Sta- torn l och delarna 4, 5 av rotorn 2 omfattar därför vid var- je modifikation av motorn enligt uppfinningen en kropp med en yta, varav en del är bildad genom rotation av ett stycke rät linje. Denna kropp kan i synnerhet vara en cylinder en- ligt fig. 12, 18, 19, en ihålig cylinder eller ring enligt fig. 3 - 6, 9, 10 och 17, en hylsa enligt fig. 7, 8, 15, 16, 20 och 21 eller en skiva enligt fig. ll, 12, 13 och så vidare. Kroppen kan vara själva oscillatorn som är fram- ställd såsom en rotationskropp enligt fig. 17.

Vid en i fig. l och 2 visad modifikation av motorn enligt uppfinningen utgöres statorn i huvudsak av en stomme 9, på vilken ett piezoelektriskt element ll i oscillatorn 3 är monterat medelst en hållare 10, varvid detta element är ut- 10 15 20 25 30 35 452 933 format såsom en platta med ett nötningsresistent skikt 12.

Den första delen 4 av rotorn 2 är en massiv cylinder, som är monterad på en axel 13. Oscillatorn 3 är tryckt mot en sidoyta på denna cylinder medelst ett klämelement 14 i form av en platt fjäder. Det piezoelektriska elementet 15 i os- cillatorn 6 är även utformat såsom en platta med ett nöt- ningsresistent skikt 12. Plattan är i sin ena ände passad på hållaren 16, som är monterad på axeln 17. Axlarna 13 och 17 är anordnade i lager 18, som är infästa i stommen 9.

Varje element ll och 15 är försett med elektroder 19 och ledningar 20 för anslutning av elementen 11 och 15 till en i fig. 1 och 2 ej visad energikälla. Ledningarna 20 frân elementet 15 är förbundna med energikällan via kontakt- ringar 21, som är fastsatta på axeln 17, och borstar 22.

I fig. 3 och 4 visas en modifikation av en piezoelektrisk motor enligt uppfinningen, vid vilken den första delen 4 av rotorn 2 är en ihålig cylinder. De piezoelektriska elemen- ten ll och 15 är utformade såsom ringar på de yttre cylin- derformade ytorna, på vilka plattor 23 är fästa. Elektro- derna 19 är utfällda på de plana ytorna på dessa ringar.

Statorn 1 och den andra rotordelen 5 är utformade såsom ski- vor och uppbär hållare 10 och 16. Hållarna 10 och 16 är ringformade utsprång 24, som omger elementen 11, 15 och är försedd med spår 25 för mottagning av plattor 23, varvid plattorna 23 i sina fria ändar är tryckta mot innerytan på den ihåliga cylindern, som är avsedd att rotera relativt statorn 1 och delen 5. Statorn l och delen 5 är förbundna med varandra medelst en metallbussning 26 med vilken en av elektroderna 19 på elementet 15 är förbunden och mot vilken borsten 22 är tryckt. Den andra elektroden på elementet 15 är via en fjädrande kontaktring 27 förbunden med den ena av elektroderna 19 pâ elementet ll.

I fig. 5 och 6 visas ytterligare en modifikation av motorn enligt uppfinningen, varvid oscillatorerna 3 och 6 är ut- 10 15 20 25 30 35 452 933 10 formade såsom piezoelektriska plattor, på vars ändytor plattorna 23 är fastsatta vid var sin ena ände. I detta fall är den första delen 4 i huvudsak utformad såsom en ihå- lig cylinder av plastmaterial. Metallringar 28 är med press- passning införda i den ihåliga cylindern, så att plattorna 23 i sina fria ändar med friktion växelverkar med innerytan på ringarna{ I fig. 7 och 8 visas en modifikation av motorn enligt uppfinningen, varvid oscillatorerna 3 och 6 är utformade såsom piezoelektriska plattor och plattorna 23 vid var sin ände är fästa vid ändytan på de piezoelektriska plattorna.

Vid denna utföringsform är den första delen 4 av rotorn 2 utformad såsom en på axeln 13 monterad hylsa, varvid os- cillatorn med sin arbetsyta är tryckt mot en sidoyta på hylsan, medan mot dess inneryta oscillatorn 6 är tryckt, som befinner sig i den andra delen 5 av rotorn 2 med en axel 17.

Fig. 9 och 10 visar en modifikation av motorn enligt upp- finningen, varvid oscillatorn 3 är utformad såsom en ring och plattorna 23 är fästade vid ringens inre cylinderyta.

Oscillatorn 6 är även utformad såsom en ring, men plattorna 23 är i detta fall fästa vid dess yttre cylinderyta. Vid denna utföringsform är den första delen 4 en ihålig cylin- der och tryckes plattorna på oscillatorn 6 mot innerytan på denna cylinder, medan mot dess yttre yta plattorna 23 i oscillatorn 3 tryckes, som är monterad i stommen 9 för statorn 1. Stommen 9 är försedd med ett ringformat ut- språng 24 med spår 25, som är inrättade att rymma plattorna 23 i oscillatorn 3. På samma sätt har den andra på axeln l7 monterade delen av rotorn 2 en skiva, som är försedd med ett ringformat utsprång 24, som omger oscillatorn 6 och är försedd med spår 25, som är inrättade att mottaga plattor- na 23 i oscillatorn 6. 10 15 20 25 30 35 452 933 ll Modifikationer av motorn enligt uppfinningen är även möjli- ga, vid vilka åtminstone den ena av oscillatorernas 3, 6 arbetsytor är belägen i ett plan i rät vinkel mot rotorns rotationsaxel. Fig. ll och 12 visar konstruktionen av mo- torn, vid vilken oscillatorerna 3 och 6 är utformade såsom piezoelektriska plattor och på den ena av ändytorna på var- je sådan platta plattan 23 är belägen, som i sin ena ände är fäst vid denna ändyta på plattan, medan oscillatorernas 3, 6 arbetsyta är belägen vid plattans 23 motsatta ände. I detta fall är den första delen 4 utformad såsom en skiva, monterad i lager 18 på axeln 17, medan oscillatorn 6 med sin arbetsyta är tryckt mot den plana ytan på denna skiva och är fäst vid den andra delen 5 av rotorn 2. Den vid stom- men 9 fästa oscillatorn 3 är med sin arbetsyta tryckt mot skivans cylinderformade yta.

En i fig. 13 och 14 visad modifikation är likartad ovan be- skrivna med undantag av att oscillatorn 3 med sin arbets- yta ej är tryckt mot skivans cylinderformade yta utan mot dess andra plana yta.

Enligt uppfinningen är även en modifikation möjlig, vid vil- ken de båda oscillatorerna 3, 6 enligt fig. 15 och l6 är anordnade i den första delen 4 av rotorn 2. I detta fall är Statorn l utformad såsom en hylsa och är oscillatorn 3 med sin arbetsyta tryckt mot den inre cylinderformade ytan på denna hylsa. Den andra delen 5 är monterad på axeln 17 och är även utformad såsom en hylsa, mot vars inre yta os- cillatorn 6 är tryckt.

Den i fig. 17 visade modifikationen kännetecknas av att plattorna 23 är fästa vid delen 4 av rotorn 2. Statorn l och den andra delen 5 av rotorn 2 omfattar oscíllatorerna 3, 6 i form av ringar med cylinderformade nötningsresisten- ta skikt 12, mot vars inre ytor plattorna 23 är tryckta.

I fig. 18 och l9 visas en modifikation av motorn enligt 10 15 20 25 30 35 452 935 l2 uppfinningen, vid vilken oscillatorn 3 är utformad såsom en piezoelektrisk platta, som är belägen på statorn l. I detta fall är oscillatorn 3 med sin arbetsyta tryckt mot en cylinderformad yta 7 på den första delen 4 av rotorn 2.

Oscillatorn 6 är även belägen på den första delen 4 och ut- formad såsom en piezoelektrisk platta och är med sin ar- betsyta tryckt mot en cylinderformad yta 8 på den andra delen 5 av rotorn 2.

Enligt uppfinningen är även en modifikation möjlig, vid vilken ytan 7 enligt fig. 20 och 21 är belägen på statorn l och ytan 8 på den första delen 4. vid denna modifikation är statorn l utformad såsom en hylsa, mot vars inre cylinder- formade yta oscillatorn 3 är tryckt, som är anordnad i den första delen 4, som är monterad i lager 18 på axeln l7. Den första delen 4 är i huvudsak en hylsa, mot vars inre cy- linderformade yta oscillatorn 6 är tryckt, som befinner sig på den andra delen 5.

Såsom framgår av beskrivningen av motorn enligt uppfinning- en kan därför dess huvuddelar vara anordnade på följande sätt: l) oscillatorn 3 kan vara belägen på statorn l enligt fig. l - l4 och l7 - 19 eller på den första delen 4 av rotorn 2 enligt fíg. 15, 16, 20 och 21, 2) oscillatorn 6 kan vara belägen på den första delen 4 en- ligt fig. l5, l6, l8 och l9 eller på den andra delen 5 en- ligt fig. l - 14 och 17, 20 och 21, 3) oscillatorerna 3 och 6 kan vara placerade i förhållande till ytorna 7, 8 på sådant sätt, att den ena av oscillato- rerna 3, 6 befinner sig utanför (fig. l, 2, 8 - 12, 18, 19) eller innanför densamma (fig. 3 - lO, l5, 16, 20, Zl), var- vid oscillatorernas arbetsytor sammanfaller med ytan för 10 15 20 25 30 35 452 933 13 friktionsväxelverkan enligt fig. 17 och ligger i ett plan, som sträcker sig i rät vinkel mot rotorns rotationsaxel enligt fig. ll - 14, 4) oscillatorerna kan vara utformade på olika sätt (fig. 22, 23).

Nedan anges olika möjliga modifikationer av piezoelektriska oscillatorer, som ingår i motorn enligt uppfinningen (fig. 22, 23). I det enklaste utförandet kan varje oscillator bestå av ett enbart ett piezoelektriskt element, som kan vara utformat såsom: l) rektangulär platta enligt fig. 22a, b) med elektroderna belägna på motsatta ytor, 2) cylinder enligt fig. 22c och e, skiva enligt fig. 22 d med elektroderna belägna på dess plana ytor, 3) ihålig cylinder med elektroderna belägna på dess sido- yta enligt fig. 22e, 4) ring med elektroderna belägna på dess motstâende ändytor enligt fig. 22f eller 5) del av en ring eller del av en ihålig cylinder enligt fig. 22g och h.

Vid santligaovan angivna möjliga former av de piezoelektris- ka oscillatorerna 3, 6 i fig. l - 2l eller deras piezo- elektriska element ll, 15 sträcker sig referensriktningen för polarisation från elektrod till elektrod, varvid pola- risationen i fig. 22 och 23 är angiven genom pilar.

Det är lämpligt att framställa elementen ll, 15 av piezo- keramiska material baserade på bariumtitanat eller bly- titanat-zirkonat. När elementen ll, 15 är utformade såsom 10 l5 20 25 30 35 452 933 14 rektangulära plattor enligt fig. 22a, b, kan de även vara framställa av en kvartskristall.

Det är även lämpligt att utforma elektroderna 19 på ytorna på elementen ll, 15 genom kemisk utfällning av koppar el- ler nickel. Ledningarna 20 i form av tunna isolerade leda- re med flera trådar anslutes lämpligen genom lösning med ett på tenn baserat lödmedel.

Mera komplicerade konstruktioner av oscíllatorerna 3, 6 omfattar passiva komponenter, nämligen tryckelement i form av plattor 23, som enligt fig. 23a, b, c, g, h, i består av ett eller flera tunna skikt. Ifråga om tryckelement med flera skikt enligt fig. 23 kan ett ljudisolerande skikt 29' av plast vara anordnat mellan skikten.

Plattorna 23 kan vara framställda av metall såsom stål el- ler av plastmaterial, t.ex. pappersbaserat laminat. I stäl- let för plattorna 23 kan stänger eller borstar användas (fig. 23 d).

För att fästa plattorna 23 vid elementen ll, 15 är de sena- re försedda med spår 30, i vilka plattorna 23 är införda och fastlimmade enligt fig. 23a, b, c, g, h. För att öka oscillatorerna 3, 6 hâllfasthet kan de förses med band 31 enligt fig. 23e, f, h, i, varvid banden 31 är framställda av hållfasta och vid behov nötningsresistenta material så- som stål eller material, som är baserade på volframkarbid eller titankarbid. Plattorna 23 kan infästas i spåren 30 medelst t.ex. epoxiharts och i slitsarna metallbanden el- ler ringarna genom lödning eller svetsning.

Plattorna 23 är ej med nödvändighet monterade pâ elementen ll, l5. En modifikation av motorn enligt uppfinningen är möjlig, vid vilken plattorna 23 är monterade på motorns passiva komponenter. som enligt fig. 17 har en cylinderyta. 10 l5 20 25 30 35 452 933 l5 Motorn enligt uppfinningen arbetar oberoende av om plat- torna 23 är belägna på piezoelektriskt passiva eller aktiva komponenter på motorn. Platsen för deras fastsättning pà- verkar enbart diametern hos ytorna 7, 8 för friktionsväxel- verkan. När denna diameter ökar, ökas axelns vridmoment och reduceras rotorns 2 rotationshastighet.

Vid hopmontering av motorn är plattorna 23 tvingade åt si- dan, medan plattorna i sina fria ändar efter avslutad mon- tering är tryckta mot motsvarande yta 7, 8 för friktions- vâxelverkan. Plattornas 23 längd väljes på sådant sätt, att den generellt överstiger avståndet mellan det piezoelektris- ka elementet och ytan för friktionsväxelverkan. Änden av plattan 23, som tryckes mot ytan, är anordnad i vinkel mot ytan 7 eller 8. När skikten 12 ingår, är de även anordnade i vinkel i förhållande till ytan 7 eller 8 eller fig. 22a, b. Om dessa skikt 12 saknas, måste elementen ll, 15 i form av plattor vara snedställda i förhållande till ytan 7, 8.

I detta speciella fall definieras vinkeln UL för beröring mellan motorkomponenterna och ytorna 7, 8 såsom en vinkel mellan en linje, som utgör tangent till beröringspunkten mellan oscillatorn 3 eller 6 och ytan 7 eller 8 och oscil- latorns orienteringsplan, om denna är utformad såsom en platta enligt fig. 1, 2, l5, 16, eller planet för plattan 23, om oscillatorn 3 eller 6 är försedd med en dylik en- ligt fig. 3 - 14 och l8 - 21 eller om någon av motordelar- na omfattar plattorna 23 enligt fig. 17, som samverkar med oscillatorn. Om denna vinkel antages vara positiv, när den ökar i riktning medurs, och negativ när den ökar i rikt- ning moturs, kan man, om hänsyn tages till att rotorns ro- tationsriktning beror på förtecknet för beröringsvinkeln ti, förutsatta, vilket praktiska experiment visar, att den andra delens 5 rotationshastighet beror på förtecknet för beröringsvinklarna Qi, i vilket fall följande placering av motorkomponenterna är möjlig: 10 15 20 25 30 35 _452 933 16 1) oscillatorn 3 är belägen på statorn l, medan oscillatorn 6 är belägen på den första delen 4 av rotorn 2 enligt fig. 18, 19, 2) oscillatorn 3 är belägen inuti den första delen 4 av rotorn 2, medan oscillatorn 6 är belägen på den andra delen 5 av rotorn 2 enligt fig. 20, 21.

Om beröringsvinkeln <1 vid oscillatorerna 3 och 6 har sam- ma förtecken gäller i båda fallen l) och 2), att motorn enligt uppfinningen är icke-reversibel, medan motorn är re- versibel, om dess beröringsvinklar QL har motsatta förtecken, 3) oscillatorn 3 är belägen på statorn l och oscillatorn 6 är belägen på den andra delen 5 enligt fig. l - 14 och 17, 4) oscillatorn 3 är belägen på den första delen 4 av rotorn 2 och oscillatorn 6 på den första delen 4 enligt fig. 15, 16.

Om beröringsvinklarna Ck i de båda senare fallen har sam- ma förtecken, är motorn reversibel, medan den är icke-re- versibel, om dessa kontaktvinklar har motsatta förtecken.

Delarna av motorn med ytorna 7, 8 för friktionsväxelverkan är framställda av hårda material med hög nötningshållfast- het. Sådana material är härdat stål, glas, keramiska mate- rial, som företrädesvis är baserade på Al2O3, material, som är baserade pâ kromkarbid, titankarbid och volframkarbid och andra material. För samma ändamål kan vissa typer av plastmaterial och komprimerat trä användas.

Delarna 4, 5 av rotorn 2 är utformade i beroende av själva motorns önskade dimensioner och form. Motorn kommer att va- ra kompakt, om den första delen 4 av rotorn 2 är utformad såsom ihålig cylinder eller ring enligt fig. 3 - 6, 9, 10. 10 15 20 25 30 35 452 933 17 En modifikation av motorn är möjlig, vid vilken plattorna 23 i sin ena ände är fästa vid sidoytan på ringen, i vil- ket fall den första delen 4 av rotorn 2 omfattar en ring med plattorna 23 och oscillatorerna 3, 6 är utformade såsom rotationskroppar.

Motorn enligt uppfinningen kan ha ett högre varvtal, vil- ket uppnås genom att utforma den första delen 4 såsom en massiv cylinder med plattorna 23 fastsatta pâ dess sidoyta enligt fig. 17. Om plattorna 23 är fästa vid varje piezo- elektriskt element ll, 15, kommer vidare rotorns vinkel- hastighet att till och med vara högre. Såsom visas i fig. l, 2, l8 och 19 kan båda delarna 4 och 5 samtidigt vara cylinderformade.

Delarna 4, 5 av rotorn kan i huvudsak vara utformade såsom en hylsa enligt fig. 7, 8, 15, 16, 20, 2l, i vilket fall motorn kan ha platt form på bekostnad av sin minskade höjd.

Motorn kan konstruerad ännu plattare, d.v.s. med mindre höjd, vilket uppnås genom att utforma den första delen 4 av rotorn såsom en skiva, som monteras på motorns axel enligt fig. ll - 14. I detta fall är modfikationer av mo- torn möjliga, varvid oscillatorerna 3, 6 arbetsytor är i beröring med de plana ytorna på skivan enligt fig. 13, 14 eller arbetsytan på oscillatorn 3 är i beröring med skivans sidoyta och oscillatorn 6 är i beröring med en av skivans plana ytor enligt fig. ll, 12.

De piezoelektriska oscillatorerna 3, 6 kan monteras i sta- torn eller rotorn på olika sätt. Det är emellertid râdligt, att oscillatorn isoleras riktigt från väggarna och de in- gående delarna för att hâlla dem i läge. För ändamålet är ytorna, som är i mekanisk kontakt med oscillatorn, företrä- desvis framställda av ljudisolerande material, såsom gummi, plast och så vidare. Dessa ytor och hela statorn tillsam- mans med stommen kan vara framställda av plastmaterial. Det är även rådligt att för detta ändamål använda värmeresis- 10 15 20 25 30 35 '452 933 18 tenta plastmaterial i synnerhet vid motorer med en utgåen- de effekt överstigande l watt.

Vid ovan beskrivna modifikationer av motorn enligt uppfin- ningen kan kontakten mellan statorn l och den första delen 4 av rotorn 2 liksom mellan de båda delarna 4, 5 av rotorn 2 för att åstadkomma deras friktionsväxelverkan längs ytor- na 7, 8 uppnås genom tillämpning av konventionella metoder, t.ex. medelst en platt fjäder enligt fig. 1, 2, ll, 13, 18, 19, en med en hävarm försedd cylinderfjäder enligt fig. 7, 8, 12, 15, 16, 20, 21, magnet, elektromagnet och så vidare. När plattorna 23 förekommer, kan denna kontakt dessutom åstadkommas på bekostnad av elasticiteten hos des- sa plattor, som är i kontakt med respektive ytor enligt fig. 3, 4, 5, 6, 9, 10, 17.

Enligt uppfinningen omfattar motorn minst tvâ piezoelektris- ka oscillatorer, som omväxlande anslutes till den i fig. 24 visade energikällan 32. När kontakten 33 i fig. 24 manövre- ras, matas en växelspänning från källan 32 med en frekvens, som är lika med eller i det närmaste lika med det piezo- elektriska elementets resonansfrekvens, till elektroderna 19 på elementet ll i oscillatorn 3, varvid denna spänning under inverkan av den piezoelektriska effekten omvandlas till elastiska mekaniska svängningar, varvid mekaniska vå- gor, som förorsakas av dessa svängningar, fortplantas till de andra komponenterna i oscillatorn och i synnerhet till skiktet 12 eller plattan 23.

Flerfaldig reflektion av elastiska mekaniska vågor från de begränsande ytorna på oscillatorn 3 och interferensen mel- lan dessa vågor i riktningen för deras fortplantning för- orsakar uppkomst av stående vågor. Svängningsamplituden hos partiklar i dylika vågor är maximal, när energikällans frekvens är lika med oscillatorns 3 resonansfrekvens i riktningen för elastiska vågors fortplantning. Närvaron av stående vågor av de elastiska mekaniska svängningarna le- l0 15 20 25 30 35 452 953 19 der till intensiv förskjutning av oscillatorns tre delar inom zonerna för friktionsväxelverkan mellan statorn och rotorn. I enlighet med modern teorei för en piezoelektrisk motors verkningssätt förekommer inom zonen för friktions- växelverkan mellan statorn och rotorn två typer av sväng- ningar, som är fasförskjutna 900 i förhållande till var- andra. Den ena av dessa svängningar uppstâr till följd av den piezoelektriska effekten, medan den andra typen av svängningar uppstår genom energin hos den första typen, när plattan eller änden av den piezoelektriska plattan rör sig längs den cylinderformade ytan för friktionsväxelver- kan på den första delen 4 av rotorn 2.

Till följd av kombination av dessa svängningar har den pâkänning, som härigenom bildas inom zonen för mekanisk kontakt, en fortvarig komponent, som påverkar den första delen 4 av rotorn 2 och alstrar dess moment, under vars in- verkan den första delen 4 börjar rotera. Eftersom den andra delen 5 av rotorn 5 är friktionskopplad till den första de- len 4, börjar denna även att rotera i samma riktning som den första delen, varigenom motorns axel 17 vrides.

Sedan kontakten 33 bringats att bryta och kontakten 34 bringats att sluta, tillföres växelspänningen från energi- källan 32 till elektroderna 19 i elementet 15 på den andra oscillatorn 6, i vilken på likartat sätt mekaniska vågor uppstår och moment bildas för att vrida den andra delen 5 av rotorn 2. Om motorn är konstruerad såsom reversibel, börjar den andra delen 5 av rotorn 2 tillsammans med axeln 17 att rotera i motsatt riktning i jämförelse med det fall, då energikällan var förbunden med den första oscillatorn 3.

Om motorn är av icke-reversibel typ, medan diametrarna hos cylinderytorna för friktionsväxelverkan på den första os- cillatorn 3 och den andra oscillatorn 6 ej är lika, ändras styvheten hos belastningskarakteristikan. Dessa egenskaper utnyttjas vid en drivande motor exempelvis för bandspelare, 10 15 '20 25 30 '452 935 - 20 när dess driftssätt ändras från avspelning eller inspel- ning till snabbspolning eller avspolning.

Om motorn är av icke-reversibel typ och de båda kontakter- na 33 och 34 bringats att sluta, adderas vinkelhastighe- terna hos den andra delen 5 av rotorn 2, medan dessa vin- kelhastigheter vid en reversibel motor subtraheras. Vid det första fallet kommer vridmomentet att vara lika med det högre av de båda vridmoment, som alstras av varje oscilla- tor, medan det i det andra fallet kommer att vara lika med det lägre av de båda vridmoment, som alstras av varje oscillator. I det första fallet kan motorns varvtal ökas två gånger och i det andra fallet kan motorn drivas med mycket lågt varvtal med bibehâllet vridmoment. Stabilise- ring av varvtalet uppnås genom stabilisering av varvtalet hos den ena delen av rotorn i förhållande till den andra delen, vilket lätt kan uppnås genom konventionella metoder.

När oscillatorerna 3, 6 samtidigt anslutes till en och sam- ma energikälla 32, är det lämpligt att oscillatorerna ar- betsfrekvenser ej avviker inbördes mera än med 0,5 %. Vid olika anslutning av oscillatorerna till energikällan med hänsyn till omständigheten, att varje piezoelektriskt ele- ment arbetar i likhet med en kvartskristall i en kvarts- oscillator, uppgår toleransen för var och en av oscillato- rernas arbetsfrekvens från 3,6 till 3 %.

Genom att använda två axlar, som roterar med olika varvtal ' och om så önskas i olika riktningar, vidgas användningsom- rådet för den piezoelektriska motorn enligt uppfinningen i jämförelse med kända motorer med en enda axel.

Claims (1)

10 15 20 25 30 35 452 933 21 Patentkrav l. Piezoelektrisk motor med en stator och en rotor, varav den ena är försedd med minst en piezoelektrisk oscillator och vilka är tvingade mot varandra på platsen för oscil- latorns arbetsyta för att åstadkomma deras friktionsväxel- verkan längs en yta, som är bildad genom rotation av minst ett stycke av en rät linje omkring rotorns rotationsaxel, k ä n n e t e c k n a d av att rotorn (2) består av en första (4) och en andra del (5), varav den ena är försedd med minst ytterligare en piezoelektrisk oscillator (6) och varav den första delen (4) friktionsväxelverkar med statorn (l), och att dessa delar (4, 5) är monterade för relativ rotation omkring rotorns (2) rotationsaxel och tvingade mot varandra på platsen för den ytterligare os- cillatorn (6) för friktionsväxelverkan mellan dessa delar längs en annan yta, som är bildad genom rotation av minst ett stycke av en rät linje omkring rotorns (2) rotations- axel.

2. Motor enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att ytan (7) för friktionsvâxelverkan mellan den förs- ta delen (4) av rotorn (2) och statorn (1) är belägen på statorn (1) och ytan (8) för friktionsväxelverkan mellan de båda delarna av rotorn (2) på den första delen.

3. Motor enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att ytan (7) för friktionsväxelverkan mellan den förs- ' ta rotordelen (4) och statorn (1) är belägen på statorn (1) och ytan (8) för friktionsväxelverkan mellan de båda rotordelarna (4, 5) på den andra delen (5).

4. Motor enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att ytan (7) för friktionsväxelverkan mellan den förs- ta rotordelen (4) och statorn (1) är belägen pâ denna första del och ytan (8) för friktionsväxelverkan mellan de båda rotordelarna (4, 5) på den andra delen (5). 10 15 20 25 30 35 452 935 22 tionsväxelverkan mellan de båda rotordelarna är belägna på den första delen (4) av rotorn (2).

6. Motor enligt patentkrav 2 eller 3, t e c k n à d k ä n n e -

9. Motor enligt patentkrav 2 eller 4, t e c k n a d k ä n n e - _n__.. -- _.". SE. L: U::.r;1v.v'*°=-°"“" 10 15 20 25 30 35 452 933 23 ll. Motor enligt patentkrav 2 och 9, k ä n n e - t e c k n a d av att den andra rotordelen (5) omfattar minst ytterligare en piezoelektrisk oscillator (6), vars arbetsyta anligger mot nämnda parti av ytan pâ den första rotordelen (4).

12. Motor enligt patem$rav4 och 9, k ä n n e - t e c k n a d av att partiet av ytan på den första ro- tordelen (4) utgör arbetsyta för minst en piezoelektrisk oscillator (3), som är innesluten i den första delen (4), mot vilken arbetsyta ena änden av minst en platta anligger, vars andra ände är fäst vid statorn (1).

13. Motor enligt patentkrav 4 och 9, k ä n n e - t e c k n a d av att statorn (l) omfattar minst en piezoelektrisk oscillator (3), vars arbetsyta anligger mot partiet av ytan på den första rotordelen (4).

14. Motor enligt patentkrav 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d av att den andra rotordelen (5) omfattar en kropp med en yta, varav ett parti är bildat genom rota- tion av minst ett stycke av en rät linje omkring rotorns (2) rotationsaxel. 4

15. Motor enligt patentkrav 14, k ä n n e t e c k n a d av att partiet av ytan på den andra delen (5) utgör ar- betsyta för minst ytterligare en i den andra delen inne- sluten piezoelektrisk oscillator (6), mot vilken arbets- yta ena änden av minst en platta anligger, vars andra ände är fäst vid den första rotordelen (4).

16. Motor enligt patentkrav 14, k ä n n e t e c k n a d av att den första rotordelen (4) omfattar minst ytterli- gare en oscillator (6), vars arbetsyta anligger mot par- tiet av ytan på den andra rotordelen (5). l7. Motor enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d 10 15 20 25 30 35 '452 933 24 av att den första rotordelen (4) omfattar två kroppar med var sin yta, varav ett parti är bildat genom rotation av minst ett stycke av en rät linje omkring rotorns (2) rota- tionsaxel.

18. Motor enligt patentkrav 17, k ä n n e t e c k n a d av att partiet av ytan på den ena kroppen utgör arbetsyta för minst en i den första rotordelen (4) innesluten piezoelektrisk oscillator (3), mot vilken arbetsyta ena änden av minst en platta anligger, vars andra ände är fäst vid statorn.

19. Motor enligt patentkrav 17, k ä n n e t e c k n a d av att statorn (l) omfattar minst en piezoelektrisk os- cillator (3), vars arbetsyta anligger mot nämnda parti på den ena kroppen.

20. Motor enligt patentkrav 17, k ä n n e t e c k n a d av att partiet av ytan på den andra kroppen utgör arbets- yta för minst ytterligare en i den första rotordelen (4) innesluten piezoelektrisk oscillator (6), mot vilken arbetsyta ena änden av minst en platta anligger, vars andra ände är fäst vid den andra rotordelen (4).

21. Motor enligt patentkrav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den andra rotordelen (5) omfattar minst ytterligare en piezoelektrisk oscillator (6), vars arbetsyta anligger mot partiet på den andra kroppen.

22. Motor enligt något av patentkraven 7, 10, 12, 15, 18, 20, k ä n n e t e c k n a d av att beröringsvinkeln mellan minst en av plattorna (23) och oscillatorns (3) arbetsyta och beröringsvinkeln mellan minst en av plattor- na (23) och den ytterligare oscillatorns (6) arbetsyta har samma förtecken.

23. Motor enligt något av patentkraven 7, 10, 12, 15, 18, 10 15 20 25 30 35 452 933 25 20, k ä n n e t e c k n a d mellan minst en av plattorna (23) och oscillatorns (3) av att beröringsvinkeln arbetsyta och beröringsvinkeln mellan minst en av plattor- na (23) och den ytterligare oscillatorns (6) arbetsyta har motsatta förtecken.

24. Motor enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att minst en av oscillatorerna (3, 6) befinner sig på insidan av och är i beröring med en av ytorna (7, 8) för friktionsväxelverkan.

25. Motor enligt patentkrav l, k ä n n e t'e c k n a d av att minst en av oscillatorerna (3, 6) befinner sig på utsidan av och är i beröring med en av ytorna (7, 8) för friktionsväxelverkan.

26. Motor enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att arbetsytaiför minst en av oscillatorerna (3, 6) är anordnad i ett plan i rät vinkel mot rotorns (2) ro- tationsaxel.

27. Motor enligt patentkrav 24, 25 eller 26, t e c k n a d k ä n n e - av att ett av de piezoelektriska elementen (ll, 15) i minst en av oscillatorerna (3, 6) är utformat såsom en platta.

28. Motor enligt patentkrav 24, 25 eller 26, t e c k n a d k ä n n e - av att ett av de piezoelektriska elementen (ll, 15) i minst en av oscillatorerna (3, 6) är utformat såsom en rotationskropp eller en del av densamma.

29. Motor enligt något av patentkraven 8, ll, 13, 16, 19, 21, k ä n n e t e c k n a d av att på minst en av ytor- na pâ minst ett av de piezoelektriska elementen (ll, 15) i oscillatorerna (3, 6) ena änden av minst en platta (23) är fastsatt, vid vars andra ände arbetsytan för motsvarande oscillator (3, 6) är belägen. 10 452 933 26

30. Motor enligt patentkrav 27 eller 29, k ä n n e - t e c k n a d platta (23) och ytan (7) för friktionsväxelverkan på den första rotordelen (4) och statorn (l) och beröringsvinkeln mellan minst en platta och ytan (8) för friktionsväxel- verkan på de båda rotordelarna (4, 5) har samma förtecken. av att beröringsvinkeln mellan minst en

31. Motor enligt patentkrav 27 eller 29, k ä n n e - t e c k n a d platta och ytan (7) för friktionsväxelverkan på den förs- av att beröringsvinkeln mellan minst en ta rotordelen (4) och statorn (1) och beröringsvinkeln mellan minst en platta och ytan (8) för friktionsväxel- verkan på de båda rotordelarna (4, 5) har motsatta för- tecken.