DE69317707T2

DE69317707T2 - Piezo-elektrischer Motor

Info

Publication number: DE69317707T2
Application number: DE69317707T
Authority: DE
Inventors: Raymond Froidevaux; Roland Luthier
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-07-13
Also published as: TW261522B; CN1083983A; DE69317707D1; KR940006332A; CN1035647C; US5418417A; KR100281395B1; EP0580049A1; TW225616B; CH684731GA3; JP3436569B2; CH684731B5; JPH06189571A; EP0580049B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Motor.
Genauer betrifft die Erfindung einen piezoelektrischen Motor von geringer Dicke, der ein Zeitmessgerät ausrüsten kann.
Ein piezoelektrischer Motor von geringer Abmessung, der einer solchen Anwendung gerecht werden kann, ist in der Patentanmeldung CH 02'553/91-0 beschrieben, welche am 30. August 1991 im Namen des Patentanmelders angemeldet worden ist (EP-A-0 537 446). Dieser piezoelektrische Motor, der auf den beigefügten Figuren 1, 2 und 3 dargestellt ist und nachstehend im Detail beschrieben wird, umfasst herkömmlicherweise einerseits einen piezoelektrischen Mitteln zugeordneten Stator und andererseits einen drehbeweglich auf diesem Stator montierten Rotor. Die piezoelektrischen Mittel sind von einer polarisierten Keramik gebildet, die elektrisch erregbar ist, um den Stator in eine Vibrationsbewegung zu versetzen, während der Rotor mit Biegelamellen versehen ist, die mit elastischer Abstützung auf dem Stator angeordnet sind. Diese Lamellen sind angepasst, um die Übertragung dieser Vibrationsbewegung auf den Rotor sicherzustellen.
Die elastische Abstützung des Rotors auf dem Stator über diese Übertragungslamellen wird durch Abstützmittel sichergestellt, die eine Feder in Schalenform umfassen. Diese Feder wird durch eine Kopf schraube axial gehalten, die in eine gestufte feste Welle eingefügt ist, welche einen Support bildet und auf den Rotor entlang dieser Welle einwirkt. Zwischen dem Kopf der Schraube und der Feder ist ein Lager angeordnet, welches die Begleitdrehung der Rotor-Feder- Einheit ermöglicht.
Dieser Motor weist einen derartigen Raumbedarf an Höhe auf, dass er Zeitmessgeräte, die von Natur aus eine geringe Dicke aufweisen, nicht ausrüsten kann.
Somit hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, diesen Nachteil zu beheben, indem sie einen piezoelektrischen Motor von geringer Dicke liefert, der ein Zeitmessgerät ausrüsten kann, ohne für dessen Abmessungsmerkmale nachteilig zu sein.
Zu diesem Zweck hat die vorliegende Erfindung zum Gegenstand einen piezoelektrischen Motor der Bauart, die umfasst:
- einen Support,
- einen mit dem Support verbundenen Stator,
- piezoelektrische Mittel, die elektrisch erregbar sind, um den Stator in Vibrationsbewegung zu versetzen,
- einen Rotor, der relativ zum Support drehbeweglich montiert ist, welcher Rotor einen Korpus umfasst, auf dem Übertragungsmittel angeordnet sind, angepasst zum Übertragen der Vibrationsbewegung des Stators auf den Rotor und zum Drehantrieb dieses Rotors, und
- axiale elastische Abstützmittel für den Rotor auf dem Stator,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkorpus von einer zumindest axial in Richtung Stator elastisch deformierbaren Struktur gebildet ist, die zumindest teilweise die Abstützmittel bildet.
EP-A-0 557 106, das gemäss dem Artikel 54(3) CBE ein älteres Recht ist, beschreibt einen Motor, in welchem der Rotor auf dem seitlichen Rand des Stators aufgepresst ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich jedoch aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht ist, welche einzig beispielshalber gegeben sind, und in denen:
- Figur 1 eine Längsschnittansicht eines herkömmlichen piezoelektrischen Motors ist, wie desjenigen, der in der Patentanmeldung CH 02 553/91-0 beschrieben ist,
- Figur 2 eine Ansicht gemäss dem Pfeil II der Figur 3 ist, die in einer Ansicht von unten eine besondere Ausführungsform eines Rotorelements des in der obenerwähnten schweizerischen Patentanmeldung beschriebenen Motors darstellt,
- Figur 3 eine Seitenansicht gemäss dem Pfeil III der Figur 2 ist, die jedoch das Element dieser Figur darstellt, welches einer starren Scheibe zugeordnet ist, um einen herkömmlichen Rotor zu bilden, der dazu bestimmt ist, den Motor der Figur 1 auszurüsten,
- Figur 4 eine Längsschnittansicht ist, die einen Motor gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt,
- Figur 5 eine Draufsicht des Motors der Figur 4 ist,
- Figur 6 eine Ansicht gemäss dem Pfeil VI der Figuren 4 und 7 ist, die einzig den Korpus und die Übertragungslamellen des Rotors darstellt, der den Motor gemäss der Erfindung ausrüstet,
- Figur 7 eine Ansicht gemäss dem Pfeil VII der Figur 6 ist, die von der Seite und in einer Ruheposition die Korpus-Lamellen-Einheit der Figur 6 darstellt,
- Figur 8 eine Längsschnittansicht ist, die einen Motor gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt,
- Figur 9 eine Seitenansicht einzig des Rotors und des Stators der Figur 4 ist, die jedoch zum besseren Verständnis der Zeichnungen in einem anderen Massstab dargestellt sind,
- Figur 10 eine halbe Schnittansicht des Stators der Figuren 4 und 8 ist, der mit Vollstrich in seiner Ruheposition dargestellt ist und strichpunktiert in seinen beiden Deformationsextrempositionen, wenn dieser Stator gemäss einer ersten Variante der Vibrationsbewegung gemäss der Erfindung vibratorisch erregt wird,
- die Figuren 11 und 12 Diagramme sind, die jeweils in Abhängigkeit vom Radius des Stators bzw. von einer Winkelposition auf demselben die Amplitudenvariationskurven des Stators gemäss der Erfindung darstellen,
- Figur 13 eine ähnliche halbe Schnittansicht wie auf Figur 10 ist, die jedoch eine zweite Variante der Vibrationsbewegung gemäss der Erfindung darstellt, und
- die Figuren 14 und 15 jeweils ähnliche Ansichten wie diejenigen der Figuren 11 und 12 sind, die jedoch Amplitudenvariationskurven des Stators darstellen, wenn er gemäss der Variante des Vibrationsmodus der Figur 13 in Vibration versetzt wird.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 wird nachstehend ein herkömmlicher piezoelektrischer Motor beschrieben, wie derjenige, der in der Patentanmeldung CH 02 553/91-0 beschrieben ist.
Dieser insgesamt mit dem Bezugszeichen M1 bezeichnete Motor umfasst einen Support 2, der in diesem Beispiel von einer Fussfläche 4 gebildet ist, in welcher insbesondere durch Presspassung der Art des Einpressens eine vorspringende gestufte Welle oder ein vorspringender Stift 6 eingelassen ist.
Der Stift 6 materialisiert eine geometrische Achse X1, die eine geometrische Drehachse bildet, um welche ein Rotor R1 drehen kann. Die Fussfläche 4 sowie der Stift 6 sind aus einem metallischen Material, wie Messing oder einer Legierung aus nichtoxidierbarem Stahl, hergestellt.
Die Fussflächen 4 - Stift 6 - Einheit bildet also eine feste Struktur, die den Support dieses piezoelektrischen Motors bildet.
Der Motor M1 umfasst ferner einen Stator S1, der ebenfalls durch Presspassung (Einpressen) oder durch Leimung fest auf dem Stift 6 montiert ist.
Auf diesem Stator sind piezoelektrische Mittel 10 mqntiert, die einerseits von einem piezoelektrischen Element 10a, wie einer gemäss ihrer Dicke gleichmässig polarisierten Keramik, gebildet ist, und andererseits von zwei Elektroden 10b und 10c, die auf herkömmliche Art und Weise einer hier schematisch dargestellten Stromversorgung AL angeschlossen sind.
Die piezoelektrischen Mittel 10 bilden also einen Wandler, der in Reaktion auf eine über die Elektroden 10b und 10c durch die Versorgung AL gelieferte elektrische Erregung eine Vibrationsbewegung übernehmen kann. Diese Piezoelektrizitätsphänomene sowie die Konstruktion und die Anordnung solcher piezoelektrischer Wandler in Motoren dieser Bauart sind dem Fachmann bestens bekannt und werden hier folglich nicht näher im Detail beschrieben.
Der Stator S1 wird von einer Scheibe 12 gebildet, die in ihrem Zentrum eine eine Mündung bildende Öffnung 14 umfasst, die in diesem Beispiel fest auf dem Stift 6 gehalten wird. Die das Gerippe des Stators S1 bildende Scheibe 12 ruht mit axialer Abstützung auf einer Schulter 16 dieses Stiftes.
Wie man dies besonders auf Figur 1 erkennt, ist eine gegenüber der Fussfläche 4 angeordnete und als Rückseite bezeichnete Seite F1 der Scheibe 12 in ihrer zentralen Partie ausgenommen, um eine Blindeinsenkung oder Einschliessung 18 erscheinen zu lassen, die zur Fussfläche 4 eine Mündung bildet.
Diese Einsenkung 18 begrenzt auf der Rückseite F1 der Scheibe 12 einen ringförmigen Flansch 20, auf welchem fest die piezoelektrischen Mittel 10 montiert sind, die dieselbe ringförmige Form aufweisen.
Was den Rotor R1 anbelangt, so ruht dieser mit axialer Abstützung auf einer der Seite F1 gegenüberliegenden Seite F2 der Scheibe 12, während er über eine zentrale Öffnung 32 auf dem Stift 6 frei eingefügt ist.
Der Rotor R1 umfasst einen Korpus, der in diesem Ausführungsbeispiel von einer Scheibe D1 von geringer Dicke gebildet ist, die aus einem Material, wie Metall, Keramik oder Hartplastik, hergestellt ist. In dieser Anordnung bildet die Scheibe D1 eine starre und tragende Struktur, die mit nichtdargestellten Kupplungsmitteln kämmen kann.
Der piezoelektrische Motor M1 umfasst ferner Mittel 36 zur Bewegungsübertragung, angepasst zum Übertragen der Vibrationsbewegung des Stators S1 auf den Rotor R1 und zur Drehverlagerung des Rotors R1 um seine Achse X1 in einer mittleren Verlagerungsebene £Pdm, die senkrecht zur Drehachse X1 ist.
Diese Übertragungsmittel 36 werden von elastisch deformierbaren Organen gebildet, die aus Biegelamellen 38 bestehen. Die Biegelamellen 38 sind im Beispiel der Figur 1 in der die tragende Struktur oder den Korpus des Rotors R1 bildenden Scheibe D1 eingelassen.
Stets unter Bezugnahme auf Figur 1 kann bemerkt werden, dass auf den Rotor R1 über Abstützmittel 39 in axialer Richtung zum Stator S1 hin eingewirkt wird. Diese die axiale Abstützung des Rotors R1 auf dem Stator S1 ermöglichenden Mittel 39 bestehen hier aus einer auf dem Stift 6 montierten Feder in Schalenform 42, auf welche in axialer Richtung durch ein Lager 44 eingewirkt wird, das seinerseits auf dem Stift 6 angeordnet ist und das auf demselben durch eine am freien Ende dieses Stiftes montierte Kopfschraube V1 gehalten wird. Diese Abstützmittel ermöglichen durch Festschrauben oder Lösen der Schraube V1 die Anpassung des Abstützdruckes des Rotors R1 auf dem Stator S1.
Die Figuren 2 und 3 stellen eine besondere Ausführungsform des in der obenerwähnten schweizerischen Patentanmeldung beschriebenen Rotors dar.
In dieser Ausführungsform werden die elastisch deformierbaren Organe 36 von gekrümmten Biegelamellen 50 (wovon nur eine mit einem Bezugszeichen bezeichnet ist) gebildet, die auf einer Vollscheibe 52 angeordnet sind, mit welcher diese letzteren einstückig sind. Die Scheibe 52 ist unter der den Korpus des Rotors Rl bildenden Scheibe D1 angesetzt und ist fest mit derselben verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Biegelamellen 50 durch einen Kaltverformungsarbeitsgang und insbesondere durch Tiefung an der Peripherie der Scheibe 52 angeordnet.
Indem man nun auf die Figuren 4 bis 15 Bezug nimmt, beschreibt man nachstehend einen piezoelektrischen Motor gemäss der Erfindung. Auf diesen Figuren hat man dieselben Bezugszeichen wie in den vorangehenden Figuren verwendet, um die Elemente zu identifizieren, die analog zu den zuvor beschriebenen Elementen sind.
Zuerst wird ein piezoelektrischer Motor gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, der auf den Figuren 4 und 5 dargestellt ist und darauf insgesamt mit dem Bezugszeichen M2 bezeichnet ist.
Der Motor M2 umfasst einen Rotor R2, der drehbeweglich um die geometrische Achse X1 auf einem in der Fussfläche 4 eingelassenen Stator S2 montiert ist.
Der Stator S2 umfasst eine den Support des Rotors R2 sicherstellende tragende Struktur, wobei diese Struktur im wesentlichen von einer aufgehängten ringförmigen Platte P2 gebildet wird, die ortsfest in der Fussfläche 4 gehalten wird. Die Platte P2 wird einerseits von einer elastisch deformierbaren Scheibe 60 gebildet, unter welcher die piezoelektrischen Mittel 10 befestigt sind und die eine geringe gleichförmige Dicke in der Grössenordnung von 0,1 mm (0,1.10&supmin;³ Meter) aufweist.
Die Platte P2 umfasst andererseits ein zylindrisches Rohr 62, das über die Scheibe 60 vorspringt und einstückig mit derselben ist. Das Rohr 62 ist also fest durch Druckmontage oder Leimung in eine Öffnung (ohne Bezugszeichen) der Fussfläche 4 eingepresst.
Das Rohr 62 umfasst eine eine Mündung bildende zentrale Öffnung 64, in welche ein glatter zylindrischer Stift mit Kopf V2 eingepresst ist, der die axiale Halterung und die Drehführung des Rotors R2 um die Achse X1 dank zwei darauf ausgebildeten koaxialen Auflageflächen (ohne Bezugszeichen) sicherstellt.
Zu diesem Zweck umfasst der Rotor R2 eine gestufte röhrenförmige Nabe 66 mit starrer Struktur, die drehbeweglich um die Achse X1 auf dem Stift V2 montiert ist.
Die Nabe 66 umfasst mechanische Antriebsmittel, die beispielsweise von einer äusseren Zahnung 67 gebildet sind, welche an der Peripherie derselben ausgebildet ist. Die Zahnung 67 ist dazu bestimmt, in einen nichtdargestellten Antriebsmechanismus einzugreifen.
Die Nabe 66 umfasst ferner unter ihrer Zahnung 67 (wobei der Motor M2 in seiner auf Figur 4 dargestellten Position genommen wird) eine mit einem Absatz versehene Auflagefläche 68, auf welcher fest der Korpus des Rotors R2 eingefügt ist.
Vorteilhafterweise ist der Korpus des Rotors R2 gemäss der Erfindung im wesentlichen von einer durchbrochenen biegsamen Scheibe D2 gebildet.
Wie man dies genauer auf den Figuren 5 und 6 erkennt, umfasst die Scheibe D2 eine ringförmige zentrale Partie 70 (Figur 6), die eine zentrale Öffnung 72 umfasst und die über diese Öffnung mit der Nabe 66 verbunden ist, wobei sie fest auf der mit einem Absatz versehenen Auflagefläche 68 eingefügt ist.
Die Scheibe D2 umfasst ferner einen peripheren Ring 72, auf welchem die Biegelamellen 50 ausgebildet sind.
Die Scheibe D2 umfasst ferner Biegearme 74 (hier sind es beispielsweise derer vier, wobei nur ein einziger mit einem Bezugszeichen bezeichnet ist), die elastisch die zentrale Partie 70 und den peripheren Ring 72 verbinden. Die Übertragungsmittel 36, die von den sich vom peripheren Ring 72 zum Stator S2 hin erstreckenden Biegelamellen 50 gebildet sind, die Biegearme 74, die zentrale Partie 70, sowie der Ring 72 sind einstückig und bilden ein monolithisches Rotorstück. Es soll präzisiert werden, dass der periphere Ring 72, die Biegearme 74 und die zentrale Partie 70 dieselbe Dicke aufweisen und im Ruhezustand (Figuren 7 und 9) in einer gleichen Ebene (ohne Bezugszeichen) angeordnet sind.
Es versteht sich somit, dass der Korpus des Rotors R2 von einer Struktur gebildet ist, die zumindest in Richtung Stator S2 elastisch deformierbar ist und die mindestens teilweise die elastischen Abstützmittel des Rotors R2 auf dem Stator S2 bildet, wobei diese Mittel mit dem Bezugszeichen 79 bezeichnet sind. Diese Mittel sind auch teilweise von der Nabe 66 gebildet, die axialsymmetrisch (relativ zur Achse X1) auf die Scheibe D2 axial zum Stator hin einwirkt, wobei sie durch den Kopf (ohne Bezugszeichen) des eingelassenen Stiftes V2 gehalten wird.
Es versteht sich, dass mit anderen Worten der Korpus des Rotors R2 im wesentlichen von der elastisch deformierbaren Scheibe D2 gebildet ist, welche auf integrierte Weise diese Übertragungsmittel 36 und elastischen Abstützmittel 79 bildet.
Wie man dies auf Figur 4, im gefügten und funktionsbereiten Zustand, erkennt, deformiert die Nabe 66 permanent unter Einwirkung des Stiftes V2 den Korpus des Rotors R2, der vorgespannt ist und eine Schalenform annimmt.
Ferner soll präzisiert werden, dass die beide Elektroden 10b und 10c der piezoelektrischen Mittel 10 in Aufprojektion eine volle und ganze Struktur aufweisen, d.h. eine Struktur, die nicht zerlegt und durch polarisierte Segmente strukturiert ist, wie dies in den herkömmlichen Strukturen der Fall ist.
Es soll hier präzisiert werden, dass die den Stator S2 bildende Scheibe P2 vorzugsweise aus einem metallischen Material, wie Messing, einer Legierung aus nichtoxidierbarem Stahl oder Aluminium, hergestellt ist, das eventuell mit einer dünnen Schicht aus einem harten Material, wie Chrom oder Titannitrid, überzogen ist. Die Elektroden 10b und 10c sind vorzugsweise aus Nickel oder Silber hergestellt.
Indern nun auf die Figur 9 Bezug genommen wird, gibt man genauer einige Angaben über die Struktur des Rotors R2 und des Stators S2.
Die Biegelamellen 50 springen also über den Rotor R2 und insbesondere über die Scheibe D2 in Richtung Vorderseite des Stators S2 gemäss einem Neigungswinkel β vor, der als Ursprung eine parallel zur Drehachse X1 stehende Gerade hat. Vorzugsweise liegt der Winkel β zwischen 10 und 30º.
Ferner springt jede eine ebene Form vom Typus eines Parallelepipeds aufweisende Biegelamelle 50 über den Rotor R2 über eine freie Länge Lcs vor, die vorzugsweise aus Werten ausgewählt wird, die zwischen 0,1 und 0,5 mm (0,1 und 0,5.10&supmin;³) liegen. Vorzugsweise weist jede Lamelle eine Dicke ec mit einem Wert zwischen 0,025 und 0,1 mm (0,025 und 0,1.10&supmin;³ Meter) und eine Breite lc mit einem Wert, der zwischen 0,1 und 0,3 mm (0,1 und 0,3.10&supmin;³ Meter) liegt, auf. Man bemerkt also, dass die zwischen dem Rotor R2 und dem Stator S2 eingefügten Biegelamellen 50 direkt auf der ebenen Rückseite F2 des Stators S2 enden und darauf ruhen, wobei die Rückseite F2 glatt und frei von jeglichem vorspringenden Element oder irgendwelcher Protuberanz ist.
Die Biegelamellen 50 sind aus einem Material, wie einer Legierung vom Berylhum-Kupfer-Typus oder vom nichtoxidierbaren Stahl-Typus, hergestellt.
Indem man nun auf die Figuren 10 bis 12 Bezug nimmt, beschreibt man nachstehend eine beispielshalber gegebene erste Variante der Vibrationsbewegung des Stators gemäss der Erfindung.
Wie dies klar die auf Figur 10 dargestellte halbe Schnittansicht des Stators S2 zeigt, weist der Stator S2 beiderseits seiner mit dem Bezugszeichen A1 bezeichneten Ruheposition eine Biegedeformation auf. Diese Deformation ist sehr übertrieben durch die hohe Extremposition B und die tiefe Extremposition c dargestellt, und in Wirklichkeit überschreitet sie an der Peripherie des Stators (Durchbiegung) keine grössere Auslenkungsamplitude als 5 um (5.10&supmin;&sup6; Meter). Diese Deformation gibt dem Stator S2 eine Schalenform. Diese schalenförmige Deformation resultiert aus im Stator S2 dank den piezoelektrischen Mitteln 10 erzeugten Biegespannungen. Diese Biegespannungen resultieren aus der heterogenen Zweielementstruktur, die durch die starre Fügung der piezoelektrischen Mittel 10 auf dem Stator S2 gebildet wird.
Es soll hier präzisiert werden, dass man zum Erhalten der gewünschten Deformation des Stators S2 eine besondere Keramik verwendet, die angepasst ist, um sich radial zu deformieren, wenn ihr über die Elektroden eine spezifische elektrische Erregung angelegt wird. Genauer hat man eine Keramik gewählt, die eine hohe piezoelektrische Konstante d&sub3;&sub1; aufweist, wobei diese Konstante die relativ zum erzeugten erhaltene Deformation Feld darstellt.
Diese Vibrationsbewegung ist vom axialsymmetrischen Typus und liefert dem Stator eine Deformation vom gleichen Typus. Dies wird durch die Kurven C1 und C2 der Figur 11 bestätigt, wo man bemerkt, dass die Amplitudenvariation Amp des Stators S2 in Abhängigkeit von seinem Radius Rb dasselbe Vorzeichen aufweist, d.h. zunehmend vom Zentrum zur Peripherie des Stators S2.
Man bemerkt, dass die Kurven C1 und C2 keinen Inflexionspunkt und auch keinen Durchgang durch einen Amplitudenwert Null aufweisen. Dieser Vibrationsmodus lässt also keinen Knotenkreis auf dem Stator S2 erscheinen. Dieses Merkmal wird durch die Kurven C3 bis Cn bestätigt, die alle Amplitudenwerte aufweisen, die von 0 (Null) verschieden sind. Diese Kurven C3 bis Cn stellen die Amplitudenvariationen des Stators in Abhängigkeit von Winkelpositionen auf demselben dar, wobei diese Variationen als eine positive Amplitudenvariation angenommen werden, die der Kurve C1 der Figur 11 entspricht. Ferner kann man beobachten, dass diese Kurven gerade und alle parallel zueinander sind, was zeigt, dass dieser Vibrationsmodus keinen Knotendurchmesser induziert. Es liegt also eine Vibration gemäss der internationalen Norm Bnm (mit n als Anzahl Knotenkreise und m als Anzahl Knotendurchmesser) vom Typus B&sub0;&sub0; vor.
Es soll auch präzisiert werden, dass diese Vibrationsbewegung und diese axialsymmetrische Deformation auf die Drehachse X1 zentriert sind. Man hat also einen gestuften ebenen Motor geliefert, d.h. einen Motor mit einem Stator und einem Rotor, die im wesentlichen eine ebene Form aufweisen und überlagert sind, welcher Motor, der dank der auf die Drehachse zentrierten und danach ausgerichteten axialsymmetrischen Bewegung, vom Typus mit einer im wesentlichen axialen Vibrationsbewegung relativ zur Achse X1 ist.
Dank diesen axialsymmetrischen Vibrations- und Deformationsmoden von sehr geringer Amplitude führt jeder Punkt, zum Beispiel Pt1 bis Pt3 (Figur 9), des Stators S2 zumindest in Projektion auf die Achse X1 in einer zur Drehachse X1 parallelen Richtung eine im wesentlichen lineare Verlagerung mit einer gleichen Amplitude für jeden eingeschriebenen Kreis des Rotors auf der Höhe eines gegebenen Radius (zum Beispiel Rb1 bis Rbn) und phasengleich aus.
An jedem Punkt des Stators, und insbesondere im Kontaktbereich zwischen dem Stator und dem Rotor, liefert der axialsymmetrische Vibrationsmodus des piezoelektrischen Motors gemäss der Erfindung Geschwindigkeitskomponenten T (wovon nur drei, T1 bis T3, auf Figur 9 dargestellt sind), die im wesentlichen senkrecht zur Verlagerungsebene Pdm des Rotors R2 stehen. Der Stator S2 weist also angesichts der äusserst geringen Vibrationsamplituden in der Verlagerungsebene Pdm keine bedeutsame Geschwindigkeitskomponente auf. Er weist also keine Beschleunigung vom radialen, zentrifugalen oder zentripetalen Typus auf, die von Bedeutung wäre. Es sollte festgehalten werden, dass dieser Stator keine tangentiale Beschleunigung aufweist, eine Beschleunigung, die man im Gegensatz dazu in den Statoren der herkömmlichen piezoelektrischen Motoren mit einem Vibrationsmodus mit Wander- oder Stehwellen vorfindet.
Figur 13 stellt die Deformation des Stators S2 dar, wenn er einer zweiten Variante der axialsymmetrischen Bewegung gemäss der Erfindung unterworfen ist, wobei D seine Ruheposition darstellt, während die Bezugszeichen E und F die Verhaltensweise des Stators in seinen Extremdeformationspositionen darstellen, wenn er erregt wird. Diese Bewegung weist diesmal einen Knotenkreis auf, der insbesondere beim Radius Rb3 liegt (Figuren 14 und 15). Man bemerkt nämlich, dass die Kurven C1 und C2 der Figur 14 durch eine Amplitude mit Nullwert laufen, die einen Vibrationsknoten im Stator kennzeichnet. Die Kurven C3 bis Cn der Figur 15 illustrieren das axialsymmetrische Merkmal des Vibrationsmodus und der Deformation des Stators S2, indem sie zeigen, dass bei einem gegebenen Radius Rbx des Stators jeder auf demselben eingeschriebene Kreis über einen Winkel von 3600 eine konstante Amplitude (Durchbiegungswert) aufweist, wobei die Kurven C3 bis Cn der Figur 15 parallel zueinander stehende Geraden sind. Diese Kurven C3 bis Cn stellen die Amplitudenvariationen des Stators in Abhängigkeit von Winkelpositionen auf demselben dar, wobei diese Variationen für eine der Kurve C2 der Figur 14 entsprechende Amplitudenvariation gemessen werden. Dieser Vibrationsmodus erzeugt auf dem Stator S2 keinen Knotendurchmesser. Dieser Vibrationsmodus ist also vom Typus B&sub1;&sub0;.
Um diese axialsymmetrischen Vibrationsmoden vom Typus B&sub0;&sub0; und B&sub1;&sub0; zu erhalten, hat man, nachdem der Stator und die piezoelektrischen Mittel beispielshalber auffolgende Art und Weise (Figur 9) dimensioniert worden sind, mittels der Stromversorgung AL einen Wechselstrom mit Freouenz F erzeugt, wobei die Abmessungen und Frequenzen für diese Moden folgende Werte haben:
mit Hb als Gesamthöhe des Stators (Scheibe 60 plus piezoelektrische Mittel 10), mit hb als Höhe der Scheibe 60, d.h. die Höhe des Stators ohne die piezoelektrischen Mittel 10, mit Rb als grosser Radius des Stators (an der Peripherie der Scheibe 60 gemessen), mit ra als kleiner Radius des die piezoelektrischen Mittel 10 bildenden Rings, mit 11a als Gesamthöhe dieser piezoelektrischen Mittel 10 (wobei die Dicke der Elektroden hier vernachlässigbar ist), mit 1a als Breite der piezoelektrischen Mittel 10 und mit F als Vibrationsfrequenz des Stators S2. Die Scheibe 60 besteht in diesem Fall aus einer Legierung aus nichtoxidierbarem Stahl, während das piezoelektrische Element 10a aus einer piezoelektrischen Keramik vom Typus PZT (mit Zirkonium dotiertes Bleititan) besteht. Da hier zwei Varianten des axialsymmetrischen Vibrationsmodus beschrieben worden sind (B&sub0;&sub0; und B&sub1;&sub0;), versteht es sich, dass der Vibrationsmodus des Motors gemäss der Erfindung auf eine Notierung vom Typus Bxo verallgemeinert werden kann, wobei x von 0 bis zu einer Zahl n. variieren kann.
Bei Betrieb werden die piezoelektrischen Mittel 10 durch die Stromversorgung AL erregt, was sie in Vibration versetzt. Die radiale Komponente der Vibration der piezoelektrischen Mittel 10 erzeugt durch das dem Fachmann bekannte Prinzip der heterogenen Zweielementstruktur eine Biegevibration der Scheibe 60.
Die Stromversorgung AL gibt ein Wechselsignal mit Frequenz F ab, das der Resonanzfrequenz des gewünschten Modus BX0 entspricht.
Der Stator S2 in seiner Integrität wird somit in Resonanz im Modus BX0 erregt, der einer axialsymmetrischen Vibrationsbewegung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, entspricht.
Die Biegedeformation des Stators und somit die im wesentlichen lineare Verlagerung jedes aus der erhaltenen Durchbiegung resultierenden elementaren Punktes des Stators S2 (insbesondere in Projektion auf die Drehachse X1) werden in eine Begleitdrehverlagerung des Rotors R2 in der Verlagerungsebene Pdm umgesetzt, und dies dank den von den Biegelamellen 50 gebildeten elastisch deformierbaren Organen 36. Bei Beanspruchung biegen sich diese Organe 36 und erzeugen im Rotor R2 Geschwindigkeitskomponenten, die tangential an der Peripherie des Rotors und parallel zur Verlagerungsebene Pdm des Rotors R2 sind und darin liegen.
Die von den Biegelamellen 50 gebildeten elastisch deformierbaren Organe 36 bilden also Bewegungsumsetzmittel, die fähig sind, die im wesentlichen lineare axiale (oder senkrechte) Bewegung des Stators zu übertragen und gleichzeitig in eine senkrechte Drehbewegung des Rotors umzusetzen.
Indem nun auf Figur 8 Bezug genommen wird, in der man dieselben Bezugszeichen wie in den vorangehenden Figuren verwendet hat, um die Elemente zu identifizieren, die analog zu den zuvor beschriebenen Elementen sind, wird nun eine zweite Ausführungsform des Motors gemäss der Erfindung beschrieben, der insgesamt mit dem Bezugszeichen M3 bezeichnet ist.
Der Motor M3 umfasst einen Stator S3, der mit dem piezoelektrischen Element 10 und mit der ringförmigen Scheibe 60, die zuvor beschrieben worden sind, versehen ist. Auf diesem Stator S3 ist ein Rotor R3 montiert, dessen Korpus, der identisch mit dem Rotor R2 ist, eine durchbrochene biegsame Scheibe D3 von gleicher Struktur wie die Scheibe D2 umfasst.
Der Rotor R3 unterscheidet sich darin, dass er eine gestufte Nabe 80 aufweist, die auf eine Antriebswelle 82 eingepresst ist, welche den Stator S3 durch ein einstückig mit der Scheibe 60 der aufgehängten Platte P3 ausgebildetes Rohr 84 hindurch durchsetzt.
Die Nabe 80 unterstützt die durchbrochene biegsame Scheibe D3 nur, um unter elastischer Spannung permanent auf diese in Richtung Platte P3 des Rotors R3 einzuwirken, wie dies auf Figur 8 dargestellt ist.
Die Antriebswelle 82 ist mittels eines ersten Führungsmittels 86 montiert, das von einem Drehzapfen (gleiches Bezugszeichen) gebildet ist, der drehbeweglich in einem Lager 88 montiert ist, welches in diesem Beispiel von einem Stein gebildet ist, der in einen zweiten von einer Platine oder von einer Brücke eines hier teilweise dargestellten Uhrwerks gebildeten Support 89 eingepresst ist.
Diese Welle 82 wird beim Drehen von einem zweiten Führungsmittel 90 unterstützt, welches aus einer zylindrischen Auflagefläche (gleiches Bezugszeichen) besteht, die auf der Welle 82 ausgebildet ist und drehbeweglich in einem Lager 92 montiert ist, welches ebenfalls von einem Stein gebildet ist, der in eine im Rohr 84 ausgearbeitete Einsenkung (ohne Bezugszeichen) eingepresst ist. Es ist festzuhalten, dass das Rohr 84 selbst in eine Platine oder eine Brücke 94, die den Support 2 des Stators S3 bildet, eingepresst ist.
Es soll ferner präzisiert werden, dass die Antriebswelle 82, die über die Nabe 80 drehfest mit dem Korpus des Rotors R3 verbunden ist, um seine Führung um die Achse X1 sicherzustellen, zumindest im Innern des Supports 2 drehbeweglich montiert ist, den sie durchsetzt, um über ihn hinauszuragen und um mit einem mechanischen Eingriffselement 96 zusammenzuwirken.
Dieses mechanische Eingriffselement 96 besteht beispielshalber aus einem aussen gezahnten Ritzel, das derart angepasst ist, um mit einem nichtdargestellten Antriebsmechanismus zu kämmen.
Der Stator S3 weist beispielshalber dieselben Vibrationsmoden wie die zuvor beschriebenen auf, wobei die Motoren M3 und M2 beispielshalber dieselben Abmessungen aufweisen.

Claims

1. Piezoelektrischer Motor der Bauart, die umfaßt:

- einen Support (2),

- einen mit dem Support (2) verbundenen Stator (S2, S3),

- piezoelektrische Mittel (10), die elektrisch erregbar sind, um den Stator (S2, S3) in Vibrations-bewegung zu versetzen,

- einen Rotor (R2, R3), der relativ zum Support (2) drehbeweglich montiert ist, welcher Rotor einen Korpus umfaßt, auf dem Biegelamellen (50) angeordnet sind, welche Übertragungsmittel (36) bilden, angepaßt zum Übertragen der Vibrationsbewegung des Stators (S2, S3) auf den Rotor (R2, R3) und zum Drehantrieb des Rotors, und

- elastische Mittel zum axialen Andrücken des Rotors an den Stator,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkorpus von einer zumindest axial in Richtung Stator elastisch deformierbaren Struktur (D2, D3) gebildet ist, die die elastischen Mittel bildet, und daß die Biegelamellen (50) direkt in dem elastischen Korpus des Rotors eingearbeitet und einstückig mit diesem sind.

2. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkorpus im wesentlichen von einer weichen Scheibe (D2, D3) gebildet ist.

3. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkorpus im wesentlichen von einer durchbrochenen Scheibe gebildet ist.

4. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rotorkorpus bildende Scheibe (D2, D3) Biegearme (74) umfaßt, die elastisch eine zentrale Partie (70) des Rotors und einen an sie angeformten peripheren Ring (72), an den die Biegelamellen (50) angepaßt sind, verbinden.

5. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegelamellen (50), die Biegearme (74), die zentrale Partie (70) wie auch der periphere Ring (72) einstückig sind.

6. Piezoelektrischer Motor nach einem der voran-gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine mit dem Korpus drehfest verbundene und seine Führung sicherstellende Abtriebswelle (82) aufweist, die dreh-beweglich zumindest im Innern des Supports (2) montiert ist, den sie durchsetzt, um über ihn hinaus zu ragen und um mit einem mechanischen Getriebe (96) zusammenzuwirken.

7. Piezoelektrischer Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (82) in einer Supportplatte eines Zeitmeßgerätes, wie einer Brücke oder einer Platine, drehbeweglich montiert und axial abgestützt ist.