DE69206570T2 - Piezoelektrischer Motor. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Beschreibung betrifft einen piezoelektrischen Motor.
• Man kennt bereits aus dem Dokument EP 0 325 062 einen piezoelektrischen Motor vom Typ der fortschreitenden Wellen, umfassend eine Basis, die einen Support bildet, von der sich normalerweise eine Halteachse erstreckt, auf der ein Stator eingefügt ist.
• Unter dem Stator ist ein piezoelektrischer Wandler angeordnet, gebildet beispielsweise von einer Keramik, die elektrisch erregt werden kann, um dem Stator eine Vibrationsbewegung vom Typ der fortschreitenden Wellen zu liefern.
• Dieser piezoelektrische Motor umfaßt im übrigen einen Rotor, der in Axialkontakt auf dem Stator gehalten wird über Anpreßmittel. Übertragungsmittel der Vibrationsbewegung, geliefert von dem Stator, wirken auf den Rotor ein, welche Übertragungsmittel von Vorsprüngen in Form von Kreissegmenten gebildet sind.
• Motore äquivalenter Konstruktion sind in den Dokumenten EP 395 298 und JP-A 3 143 276 beschrieben. Obwohl diese Motoren einen Aufbau ähnlich dem vorstehend beschriebenen Motor besitzen, arbeiten sie nach einem abweichenden Vibrationsmodus, bezeichnet als stationäre Wellen. Sie umfassen gleichermaßen Übertragungsmittel der Bewegung, gebildet von Vorsprüngen, welche als Überhöhungen direkt auf dem Stator realisiert sind.
• Diese unterschiedlichen Motoren haben den Vorteil, daß sie ein erhebliches Drehmoment bei geringen Drehgeschwindigkeiten liefern können.
• Bei Anwendungen jedoch wie der Robotertechnik, der biomedizinischen Technik oder auch der Aeronautik sucht man, diese Motoren extrem zu miniaturisieren, was unvermeidlich zu einer erheblichen Verringerung aller ihrer Abmessungen führt. Die Verringerung der Radien führt aber aus sich heraus und zwangsweise zu hohen Drehgeschwindigkeiten, was den Einsatz von Untersetzungsmitteln erfordert, die erheblich die Kompliziertheit von Systemen erhöhen, weiche diese Motoren umfassen, und was den Preis steigen läßt.
• Im übrigen ist in dem Dokument US 4 453 103 ein piezoelektrischer Motor vom Typ mit einer koaxialen Struktur beschrieben, bei dem der Stator eine Rohrform hat, welche den Rotor umschließt, der einen piezoelektrischen Wandler umfaßt, der seine Vibrationsbewegung auf Schiebeorgane überträgt, gebildet von elastisch biegedeformierbaren Elementen. Die Schiebeorgane wirken periodisch auf den Stator ein, um auf den Rotor eine Drehbewegung zu übertragen.
• Dieser Motortyp weist den wesentlichen Nachteil auf, daß er von sehr kompliziertem Aufbau ist. Darüberhinaus besitzt er keine Justagemittel der mechanischen Verbindung zwischen dem Rotor und dem Stator, was keinerlei Einstellung am Ende der Produktionsstraße ermöglicht. Das führt demgemäß dazu, daß die strukturelle Kompliziertheit dieses Motors und das Fehlen von Einstellmitteln an demselben seine Herstellung mit extrem engen Toleranzen erfordert, was seinen Preis erhöht.
• Die vorliegende Erfindung hat demgemäß zum Ziel, die oben erwähnten Nachteile zu beheben und einen piezoelektrischen Motor zu schaffen, der miniaturisierbar ist, der ein erhebliches Motormoment abgeben kann und der von einfachem Aufbau sein soll, um mit weniger hohen Kosten hergestellt werden zu können.
• Demgemäß hat die vorliegende Erfindung zum Gegenstand einen piezoelektrischen Motor, umfassend:
• - einen Support,
• - einen mit dem Support verbundenen Stator,
• - piezoelektrische Mittel, die elektrisch erregbar sind, um auf den Stator eine Vibrationsbewegung zu übertragen,
• - einen Rotor, der drehbeweglich relativ zum Support montiert ist, welcher Rotor in einer Ebene verlagerbar ist, bezeichnet als Verlagerungsebene, um eine geometrische Drehachse, auf die der Stator zentriert ist,
• - Übertragungsmittel, ausgebildet zum Übertragen der Vibrationsbewegung des Stators auf den Rotor und zum Verlagern des Rotors in Drehung um seine Achse, und
• - Anpreßmittel des Rotors gegen den Stator,
• dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Mittel ein piezoelektrisches Element in Ringform umfassen, zentriert auf die Drehachse des Rotors und auf jeder seiner Seiten mit einer ebenfalls ringförmigen Elektrode derart versehen, daß, wenn sie elektrisch erregt werden, die piezoelektrischen Mittel auf den Stator eine achssymmetrische Vibrationsbewegung übertragen, welche Geschwindigkeitskomponenten aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Verlagerungsebene des Rotors stehen, wobei jeder Punkt des Stators eine Geschwindigkeitskomponente null oder quasi-null in der Verlagerungsebene besitzt und parallel zu jener, und daß die Übertragungsmittel elastisch deformierbare Mittel umfassen, eingefügt zwischen dem Rotor und dem Stator, um die senkrechten Geschwindigkeitskomponenten der achssymmetrischen Vibrationsbewegung des Stators in eine Drehbewegung des Rotors umzusetzen.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der detaillierten nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die nur als Beispiel zu verstehen sind, und in denen:
• - die Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines piezoelektrischen Motors gemäß der Erfindung ist,
• - die Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Elektrode des Stators der Fig. 1 ist in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1,
• - die Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III der Fig. 1 zur Darstellung der Seite und von oben einer ersten Ausführungsform nur eines Rotors, dazu bestimmt, einen Motor gemäß der Erfindung zu bestücken,
• - die Fig. 4 eine Seitenansicht nur des Rotors und des Stators aus Fig. 1 ist,
• - die Fig. 5 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles V der Fig. 6 ist, wobei die Seite und Unterseite bei einer zweiten Ausführungsform nur eines Rotors wiedergegeben wird, dazu bestimmt, einen Motor gemäß der Erfindung zu bestücken,
• - die Fig. 6 eine Seitenansicht des Rotors der Fig. 5 ist in Richtung des Pfeiles VI der Fig. 5,
• - die Fig. 7 eine Halbschnittansicht des Stators der Fig. 1 und 4 ist, wobei mit ausgezogenen Linien die Ruheposition und mit strichpunktierten Linien seine beiden extremen Deformationspositionen wiedergegeben sind, wenn dieser Stator zur Vibration erregt wird gemäß einer ersten Variante der Vibrationsbewegung gemäß der Erfindung,
• - die Fign. 8 und 9 Diagramme sind, die die Kurven der Amplitudenänderung der Deformation im Stators im Betrieb wiedergeben, und zwar auf dem Radius des Stators bzw. einer Winkelposition auf demselben,
• - die Fig. 10 eine Halbansicht im Schnitt ist ähnlich der Fig. 7, wobei jedoch eine zweite Variante der Vibrationsbewegung gemäß der Erfindung gezeigt wird, und
• - die Fign. 11 und 12 Ansichten ähnlich Fign. 8 bzw. 9 sind, jedoch Kurven der Amplitudenänderung des Stators sind, wenn dieser in Vibration versetzt wird gemäß der Variante des Vibrationsmodus der Fig. 10.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nachstehend eine Ausführungsform des piezoelektrischen Motors gemäß der Erfindung beschrieben, welcher Motor mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 markiert ist.
• Der Motor 1 umfaßt einen Support 2, der in diesem Beispiel von einer Basis 4 gebildet wird, in die eine abgestufte Achse oder ein Zapfen 6 eingefügt und starr gehalten wird, insbesondere durch Einpressen oder durch Verkleben. Die abgestufte Achse 6 springt über die Basis 4 vor, indem sie sich vertikal über derselben erstreckt (in der Position der Fig. 1) und senkrecht zu jener.
• Die abgestufte Achse 6, die eine äußere zylindrische Form aufweist, hat eine geometrische Achse X1, die nachstehend als geometrische Drehachse bezeichnet wird. Die Basis 4 wie auch die abgestufte Achse 6 bestehen aus metallischem Material, wie Messing oder einer Legierung vom Typ von korrosionsfestem Stahl.
• Die Baugruppe Basis 4 - Achse 6 bildet demgemäß eine stationäre Struktur, die den Support 2 des piezoelektrischen Motors 1 gemäß der Erfindung bildet.
• Auf der abgestuften Achse 6 ist stationär gleichermaßen durch Verpressen oder Verkleben ein Stator 8 montiert.
• Auf diesem Stator 8, der demgemäß mit dem Support 2 dank der abgestuften Achse 6 verbunden ist, sind piezoelektrische Mittel 10 montiert, gebildet von einem piezoelektrischen Element loa, wie einer gleichförmig in Dickenrichtung polarisierten Keramik und zwei Elektroden 10b und 10c, die in herkömmlicher Weise mit einer elektrischen Speisequelle AL verbunden sind, hier in schematischer Weise dargestellt.
• Die piezoelektrischen Mittel 10 bilden demgemäß einen Wandler, der in Reaktion auf eine elektrische Erregung, geliefert von der Speisequelle AL über die Elektroden 10b und 10c eine Vibrationsbewegung annehmen kann. Dies Phänomene der Piezoelektrizität wie auch der Aufbau und Ausbildung solcher piezoelektrischer Wandler in Motoren dieses Typs sind Fachleuten bekannt und brauchen infolgedessen hier nicht in detaillierter Weise beschrieben zu werden.
• Bei diesem Motor wird der Stator 8 von einer Scheibe 12 gebildet, die in ihrem Zentrum eine durchgehende Öffnung 14 aufweist, welche in diesem Beispiel kraftschlüssig direkt auf den zylindrischen Außenumfang der abgestuften Achse 6 aufgepreßt oder verklebt ist. Die Scheibe 12, die das Gestell des Stators 8 bildet, ruht in Axialanlage auf einer Schulter 16 der abgestuften Achse 6.
• Wie man inbesondere in Fig. 1 erkennt, ist eine Seite F1 der Scheibe 12, die gegenüber der Basis 4 angeordnet und als Rückseite bezeichnet wird, in ihrer zentralen Partie ausgenommen, um eine Sackausnehmung erscheinen zu lassen oder eine Kammer 18, die in Richtung der Basis 4 mündet.
• Diese Ausnehmung 18 ermöglicht, auf der den Stator bildenden Rückseite der Scheibe 12 einen Ringkragen 20 zu definieren, auf dem starr die piezoelektrischen Mittel 10 montiert sind.
• Die piezoelektrischen Mittel 10 haben gleichermaßen die Form einer Ringscheibe, deren Breite 1a (Fig. 2) gleich jener 1b (Fig. 1) des Kragens 20 ist.
• Man erkennt, daß die Elektroden 10b und 10c der piezoelektrischen Mittel 10 ebenfalls die Form von Ringscheiben geringer Dicke haben und in Frontalprojektion, wie man in Fig. 2 erkennen kann, eine durchgehende und vollständige Struktur aufweisen, d.h. nicht ausgeschnitten und nicht durch polarisierte Segmente strukturiert, wie dies der Fall in den herkömmlichen Strukturen ist.
• Die Elektroden 10b und 10c sind identisch und demgemäß von einer extrem einfachen Konzeption und Herstellung.
• Es ist hier zu präzisieren, daß die Scheibe 10, welche den Stator 8 bildet, vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellt ist, wie Messing, einer Legierung aus korrosionsfestem Stahl oder Aluminium, gegebenenfalls beschichtet mit einer dünnen Schicht eines harten Materials, insbesondere Chrom oder Titannitrit. Die Elektroden 10b und 10c werden vorzugsweise aus Nickel oder aus Silber hergestellt.
• Der piezoelektrische Motor 1 umfaßt im übrigen einen Rotor 30, der drehbeweglich relativ zum Support 2 um die geometrische Rotationsachse X1 montiert ist.
• Genauer gesagt, ruht der Rotor 30 im Axialanschlag auf einer Seite F2 der Scheibe 12 über der Seite F1, während er frei mit einer zentralen Öffnung 32 auf einer Partie des zylindrischen Außenumfangs der abgestuften Achse 6 sitzt.
• Der Rotor 30 umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel eine Scheibe 34 geringer Dicke, hergestellt aus einem Material wie Metall, Keramik oder Hartkunststoff. Diese Scheibe 34 bildet eine starre und tragende Struktur, die mit Kupplungsmitteln (nicht darstellt) im Eingriff stehen kann.
• Der piezoelektrische Motor 1 umfaßt ferner Mittel 36 für die Übertragung der Bewegung, ausgebildet zum Übertragen auf den Rotor 30 der Vibrationsbewegung des Stators 8 und um den Rotor 30 drehend, um seine Achse X1 zu verlagern. Es ist festzuhalten, daß der Rotor demgemäß in der Lage ist, sich drehend in einer mittleren Verlagerungsebene Pdm senkrecht zur Drehachse X1 zu verlagern.
• Diese Übertragungsmittel 36 werden von elastisch deformierbaren Organen (gleiches Bezugszeichen) gebildet, bestehend aus Biegelamellen 38. Diese Biegelamellen 38, wie man besser in Fign. 3 und 4 erkennt, sind bei diesem Beispiel in die Scheibe 34 eingebettet, welche die tragende Struktur des Rotors 30 bildet. Die elastisch deformierbaren Organe 36, gebildet von den Biegelamellen 38, sind demgemäß mit dem Rotor verbunden.
• Die Charakteristiken dieser Biegelamellen werden im folgenden in genauerer Weise beschrieben.
• Indem noch immer auf Fig. 1 bezuggenommen wird, erkennt man, daß der Rotor 30 in Axialrichtung auf den Stator 8 hin vorgespannt ist mittels Andruckmitteln 40. Diese Mittel 40, die die Axialanlage des Rotors 30 am Stator 8 ermöglichen, werden von einer topfförmigen Feder 42 gebildet, die auf der abgestuften Achse 6 montiert ist und unter Axialdruck gehalten wird durch ein Lager 44, das seinerseits auf der abgestuften Achse 6 angeordnet ist und auf dieser gehalten wird durch eine Schraube 46, die am freien Ende der Achse 6 montiert ist. Diese Andruckmittel ermöglichen die Einstellung des Andrucks des Rotors 30 am Stator 8 durch Einschrauben oder Herausschrauben der Schraube 46.
• Indem nun auf Fig. 3 und 4 eingegangen wird, wird in größeren Einzelzeiten der Rotor 30 gemäß der Erfindung beschrieben und insbesondere die Anordnung der elastisch deformierbaren Organe oder Übertragungsmittel 36 auf ihm.
• Wie man in diesen Figuren erkennt, werden die elastischen Organe 36 von flachen Biegelamellen gebildet, die an der Peripherie der Scheibe 34 eingefügt sind. In diesen Figuren sind nur vier dieser Lamellen 38 wiedergegeben, doch versteht es sich natürlich, daß mindestens drei Lamellen auf dem Rotor 30 vorgesehen sein müssen. Eine viel höhere Anzahl an Lamellen kann vorgesehen sein, wobei die Grenze der Anzahl durch die Bedingungen der maximalen Abmessungen gegeben ist. Die Biegelamellen 38 sind in schrägen radialen Nuten 39, eingearbeitet an der Peripherie der Scheibe 34, eingefügt und durch Verkleben befestigt.
• Die Biegelamellen 38 stehen demgemäß vom Rotor 30 und insbesondere von der Scheibe 34 in Richtung der Vorderseite des Stators 8 vor unter einem Neigungswinkel ß, dessen Ursprung eine Gerade ist, parallel zur Drehachse X1. Vorzugsweise liegt dieser Winkel β zwischen 10 und 30º.
• Im übrigen steht jede Biegelamelle 38, die eine ebene Form vom Parallelepipedtyp vom Rotor 30 um eine freie Länge Lcs vor, die vorzugsweise unter den Werten gewählt wird, die zwischen 0,3 und 0,7 mm (0,3 bzw. 0,7.10&supmin;³ m) liegt). Vorzugsweise weist jede Lamelle 38 eine Dicke ec mit einem Wert zwischen 0,06 und 0,15 mm (0,06 bzw. 0,15.10 m) und eine Breite 1c mit einem Wert auf, der zwischen 0,2 und 1 mm (0,2 bzw. 1.10&supmin;³ m) liegt. Man erkennt demgemäß, daß die Biegelamellen 38, die zwischen dem Rotor 30 und dem Stator 8 eingefügt sind, direkt auf der ebenen Rückseite F2 des Stators 8 aufsitzen und ruhen, wobei die Rückseite F2 glatt ist und frei von jedem vorspringenden oder herausragenden Element.
• Die Biegelamellen 38 werden aus einem Material hergestellt wie einer Beryllium-Kupfer-Legierung oder vom Typ korrosionsfester Stahl.
• Die Fign. 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der elastisch deformierbaren Organe gemäß der Erfindung.
• In dieser Ausführungsform werden die elastisch deformierbaren Organe 36 von abgewinkelten Biegelamellen 50 gebildet (von denen nur einige mit Bezugszeichen versehen sind), angeordnet auf einer Scheibe 52, mit der die letzteren einstückig sind. Man erkennt, daß die Scheibe 52 unter der Scheibe 34, die den Rotor 30 bildet, angeordnet ist.
• In diesem Ausführungsbeispiel sind die Biegelamellen 50 an der Peripherie der Scheibe 52 durch einen Kaltverformungsarbeitsgang hergestellt und insbesondere durch Stanzen. Man erkennt demgemäß, daß in diesem Beispiel die Biegelamellen 50 insbesondere die Übertragungsmittel der Vibrationsbewegung bilden, geliefert von dem Stator an den Rotor, und erhalten werden durch Arbeitsgänge, die mit hohem Durchsatz realisierbar sind.
• Indem nun auf Fig. 7 bis 9 eingegangen wird, wird nachstehend eine erste Variante der Vibrationsbewegung des Stators gemäß der Erfindung beschrieben.
• Wie deutlich in der halben Schnittansicht des Stators 8 erkennbar, der in Fig. 7 dargestellt ist, weist der Stator eine Biegedeformation beidseits seiner Ruheposition auf, die durch das Bezugszeichen A markiert ist. Diese Deformation ist stark übertrieben durch die oberen und unteren Extrempositionen B bzw. C dargestellt, und in der Realität wird eine Hubamplitude oberhalb 5 µm (5.10&supmin;&sup6; m) nicht überschritten an der Peripherie des Stators (Durchbiegung). Diese Deformation verleiht dem Stator 8 eine Schalenform. Diese schalenförmige Deformation ist zurückzuführen auf die Biegebeanspruchungen, erzeugt in dem Stator 8 dank seiner Vibrationsbewegung, hervorgerufen durch die piezoelektrischen Mittel 10.
• Diese Vibrationsbewegung ist vom axialsymmetrischen Typ und verleiht dem Stator eine Deformation desselben Typs. Dies wird unterstrichen durch die Kurven C1 und C2 der Fig. 8, wo man erkennt, daß die Amplitudenänderung Amp des Stators 8 in Abhängigkeit von seinem Radius Rb vom gleichen Vorzeichen ist, d.h. ansteigend ausgehend vom Zentrum in Richtung der Peripherie des Stators 8.
• Man erkennt, daß die Kurven C1 und C2 weder einen Wendepunkt aufweisen noch einen Durchgang durch irgendeinen Amplitudenwert null. Dieser Vibrationsmodus läßt deshalb keinen Knotenkreis auf dem Stator 8 in Erscheinung treten. Diese Charakteristik wird bestätigt durch die Kurven C3 bis Cn, die alle von 0 (null) verschiedene Amplitudenwerte aufweisen. Diese Kurven C3 bis 3n (Fig. 9) zeigen die Änderungen der Statoramplitude in Abhängigkeit von Winkelpositionen desselben, wobei diese Änderungen für eine positive Amplitudenänderung gewählt wurden entsprechend der Kurve C1 der Kurve 8. Darüberhinaus erkennt man, daß die Kurven gerade sind und sämtlich untereinander parallel, was zeigt, daß dieser Vibrationsmodus keinerlei Knotendurchmesser besitzt. Es handelt sich demgemäß um eine Vibration gemäß der internationalen Norm Bnm (wobei n die Anzahl der Knotenkreise ist und m die Anzahl der Knotendurchmesser) vom Typ B&sub0;&sub0;.
• Es ist auch zu präzisieren, daß diese Vibrationsbewegung und diese axialsymmetrische Deformation auf die Drehachse X1 zentriert sind. Es wurde demgemäß ein Motor mit abgestuften Ebenen geschaffen, d.h. mit einem Stator und einem Rotor in im wesentlichen ebener und überlagerter Form. Dieser Motor ist dank der axialsymmetrischen Bewegung, die auf die Drehachse zentriert ist und in deren Richtung verläuft, vom Typ der im wesentlichen axialen Vibrationsbewegung, bezogen auf die Achse X1.
• Dank diesen Vibrationsmoden und der axialsymmtrischen Deformation sehr geringer Amplitude führt jeder Punkt, beispielsweise Pt1 bis Pt3 (Fig. 4) des Stators zumindest in Projektion auf die Achse X1 eine im wesentlichen lineare Verlagerung in einer Richtung parallel zur Drehachse X1 aus, und zwar von gleicher Amplitude für jeden in den Rotor eingeschriebenen Kreis in Höhe eines gegebenen Radius (beispielsweise Rb1 bis Rbn) und gleichphasig.
• An jedem Punkt des Stators und insbesondere in dem Kontaktbereich zwischen dem Stator und dem Rotor liefert der axialsymmetrische Vibrationsmodus des piezoelektrischen Motors gemäß der Erfindung Geschwindigkeitskomponenten V (nur drei, V1 bis V3, sind in Fig. 4 wiedergegeben) im wesentlichen senkrecht zur Verlagerungsebene Pdm des Rotors 30. Der Stator 8 hat demgemäß keinerlei merkbare Geschwindigkeitskomponente in der Verlagerungsebene Pdm, abgesehen von extrem kleinen Vibrationsamplituden. Er weist demgemäß keinerlei Beschleunigung vom Typ radial, zentrifugal oder zentripetal auf, die merkbar wäre. Es ist auch bemerkenswert, festzuhalten, daß dieser Stator keinerlei Tangentialbeschleunigungen aufweist, welche Beschleunigung man im Gegensatz dazu bei piezoelektrischen herkömmlichen Motorstatoren mit einem Vibrationsmodus mit sich ausbreitenden oder stehenden Wellen findet.
• Die Fig. 10 zeigt die Deformation des Stators 8, wenn er einer zweiten Varianten der axialsymmetrischen Vibrationsbewegung gemäß der Erfindung unterworfen wird, wobei mit D seine Ruheposition markiert ist, während die Bezugszeichen E bzw. F das Verhalten des Stators in seinen Extremdeformationspositionen markieren, wenn er erregt wird. Diese Bewegung weist dieses Mal einen Knotenkreis auf, mit Radius Rb3 bezeichnet (Fign. 11 und 12). Man erkennt nämlich, daß die Kurven Cl und C2 der Fig. 11 durch eine Amplitude mit dem Wert null verlaufen, was einen Vibrationsknoten in dem Stator markiert. Die Kurven C3 bis Cn der Fig. 12 zeigen den axialsymmetrischen Charakter des Vibrationsmodus und der Deformation des Stators, indem erkennbar wird, daß für einen gegebenen Radius Rbx des Stators jeder in diesen eingeschriebene Kreis auf 360º des Winkels eine konstante Amplitude (Wert der Auslenkung) aufweist, wobei die Kurven C3 bis Cn der Fig. 12 untereinander parallele Geraden sind. Diese Kurven C3 bis Cn repräsentieren die Veränderungen der Amplitude der Stators in Abhängigkeit von den Winkelpositionen auf diesem, wobei diese Variationen für eine entsprechende Amplitudenänderung der Kurve C2 der Fig. 11 gewählt wurden. Dieser Vibrationsmodus führt zu keinem Knotendurchmesser auf dem Stator 8. Dieser Vibrationsmodus ist demgemäß vom Typ B&sub1;&sub0;.
• Zum Erzielen dieses axialsymmetrischen Vibrationsmodus vom Typ B&sub0;&sub0; bzw. B&sub1;&sub0; nach Dimensionierung beispielsweise des Stators und der piezoelektrischen Mittel in der folgenden Weise (Fig. 4) hat man mit Hilfe der elektrischen Speisequelle AL einen Wechselstrom der Frequenz F erzeugt, wobei die Abmessungen und Frequenzen für diesen Moden die folgenden Werte aufweisen: Modus
• worin Hb die Gesamthöhe des Stators ist (Scheibe 12 plus piezoelektrische Mittel 10), hb die Höhe der Scheibe 12 ist, d.h. die Höhe des Stators ohne die piezoelektrischen Mittel 10, Rb der große Radius des Stators (an der Peripherie der Scheibe 12 gemessen) ist, rb der kleine Radius des Stators ist, d.h. der Radius, auf welchem die Ausnehmung 18 ausgearbeitet ist, lb die Breite des Ringkragens 20, Eb die Dicke des Stators (der Scheibe 12) in Höhe der Ausnehmung 18 ist, ha die Gesamthöhe der piezoelektrischen Mittel 18 ist (die Dicke der Elektroden ist hier vernachlässigbar), la die Breite der piezoelektrischen Mittel 10 ist und F die Vibrationsfrequenz des Stators 8 ist, wobei der Stator auf der abgestuften Achse 6 auf einem Radius dieser Achse blockiert ist mit einem Wert von 0,5 mm (0,5.10 m), was auch der Wert ist für den Radius der Öffnung 14. Die Scheibe 12 ist in diesem Fall aus einer korrosionsfesten Stahliegierung aufgebaut, während das piezoelektrische Element loa von einer piezoelektrischen Keramik vom Typ PZT ist (Bleititan, dotiert mit Zirkon). Angesichts der Tatsache, daß zwei axialsymmetrische Vibrationsmodusvarianten hier beschrieben wurden (B&sub0;&sub0; und B&sub1;&sub0;),wird man verstehen, daß der Vibrationsmodus des Motors gemäß der Erfindung generalisiert werden kann auf eine Notation des Typs Bxo, worin x sich von 0 bis zu einer Zahl n ändern kann.
• Im Betrieb werden die piezoelektrischen Mittel 10 durch die elektrische Speisequelle AL erregt, was sie vibrieren läßt. Diese Vibration wird durch ebenen Kontakt direkt auf die Scheibe 12 übertragen. Der Stator 8 nimmt demgemäß in seiner Gesamtheit eine axialsymmetrische Vibrationsbewegung an, wie sie vorstehend beschrieben wurde, nämlich B&sub0; oder B&sub1;&sub0;, generell Bxo.
• Die Flexionsdeformation des Stators und demgemäß die im wesentlichen lineare Verlagerung jedes Elementarpunktes des Stators 8 (insbesondere in Projektion auf die Drehachse X1) infolge der erhaltenen Auslenkung wird in eine entsprechende Drehverlagerung des Rotors 30 in der Verlagerungsebene Pdm transformiert, und dies dank den elastisch deformierbaren Organen 36, gebildet von den Biegelamellen 38 oder 50. Diese Organe 36 werden, indem sie belastet werden, ausgelenkt und führen in den Rotor 30 tangentiale Geschwindigkeitskomponenten an der Peripherie des Rotors ein, parallel zur Verlagerungsebene Pdm des Rotors 30 und in dieser liegend.
• Die elastisch deformierbaren Organe 36, gebildet von den Biegelamellen 38 oder 40, bilden demgemäß Bewegungsumsetzmittel, die in der Lage sind, die im wesentlichen lineare axiale (oder normale) Bewegung des Stators in eine senkrechte Drehbewegung des Rotors zu übertragen und gleichzeitig zu wandeln.
• Man erkennt demgemäß aus dem Vorstehenden, daß die Biegebeanspruchungen, die in dem Stator dank den piezoelektrischen Mitteln erzeugt werden und die den Stator schalenförmig deformieren, zurückzuführensind auf die bimorphe, heterogene Struktur, gebildet durch die starre Montage der piezoelektrischen Mittel 10 auf dem Stator.
• Es ist hier zu präzisieren, daß zum Erzielen der gewünschten Statordeformation man eine Keramik wählt, die besonders dafür ausgebildet ist, sich radial zu deformieren, wenn eine bestimmte elektrische Erregung über die Elektroden angelegt wird. Genauer gesagt, hat man eine Keramik gewählt, die eine hohe piezoelektrische Konstante d&sub3;&sub1; besitzt, welche Konstante die Deformation repräsentiert, die erhalten wird relativ zu einem angelegten Feld.
• Genauer gesagt, erzeugt die radiale Komponente der Vibration der piezoelektrischen Mittel 10 eine Flexionsvibration der Scheibe durch das bimorphe, heterogene Prinzip, das Fachleuten bekannt ist.
• Die elektrische Speisequelle AL liefert ein Wechselsignal der Frequenz F entsprechend der Resonanzfrequenz des gewünschten Bxo-Modus. Der Stator wird in seiner Gesamtheit auf diese Weise zur Resonanz in dem Modus Bxo erregt entsprechend einer axialsymmetrischen Vibrationsbewegung, wie sie vorstehend beschrieben wurde.

Claims (7)

1. Piezoelektrischer Motor der Bauart, welche umfaßt:

- einen Support (2),

- einen mit dem Support (2) verbundenen Stator (8),

- piezoelektrische Mittel (10), die elektrisch erregbar sind, um auf den Stator (8) eine Vibrationsbewegung zu übertragen,

- einen Rotor (30), der drehbeweglich relativ zum Support (2) montiert ist, welcher Rotor (30) in einer Ebene (Pdm) verlagerbar ist, bezeichnet als Verlagerungsebene, um eine geometrische Drehachse (X1), auf die der Stator (8) zentriert ist,

- Übertragungsmittel (36), ausgebildet zum Übertragen der Vibrationsbewegung des Stators (8) auf den Rotor (30) und zum Verlagern des Rotors (30) in Drehung um seine Achse (X1), und

- Anpreßmittel (40) des Rotors (30) gegen den Stator (8), dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Mittel (10) ein piezoelektrisches Element in Ringform (10a) umfassen, zentriert auf die Drehachse (X1) des Rotors und auf jeder seiner Seiten mit einer ebenfalls ringförmigen Elektrode (10b, 10c) derart versehen, daß, wenn sie elektrisch erregt werden, die piezoelektrischen Mittel (10) auf den Stator (8) eine achssymmetrische Vibrationsbewegung übertragen, welche Geschwindigkeitskomponenten (V) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Verlagerungsebene (Pdm) des Rotors (30) stehen, wobei jeder Punkt des Stators eine Geschwindigkeitskomponente null oder quasi-null in der Verlagerungsebene (Pdm) besitzt und parallel zu jener, und daß die Übertragungsmittel (36) elastisch deformierbare Mittel (38, 50) umfassen, eingefügt zwischen dem Rotor (30) und dem Stator (8), um die senkrechten Geschwindigkeitskomponenten (V) der achssymmetrischen Vibrationsbewegung des Stators (8) in eine Drehbewegung des Rotors (30) umzusetzen.

2. Piezolektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch deformierbaren Mittel (38, 50) sich zwischen dem Stator (8) und einem peripheren Bereich des Rotors (30) gemäß einem Inklinationswinkel (ß) relativ zu einer Achse parallel zur Drehachse (X1) erstrecken.

3. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inklinationswinkel (β) zwischen 100 und 300 liegt.

4. Piezoelektrischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch deformierbaren Organe (38, 50) an dem Rotor (30) angebracht sind.

5. Piezoelektrischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch deformierbaren Organe (38, 50) von Biegelamellen gebildet sind.

6. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (50) auf einer Scheibe (52) ausgearbeitet sind, mit der sie einstückig ausgebildet sind, welche Scheibe an dem Rotor angebracht ist.

7. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (50) auf der Scheibe (52) durch einen Kaltverformungsarbeitsgang hergestellt sind, insbesondere durch Prägen.