DE1488698A1 - Electric drive device, in particular drive device for a small mechanical payload - Google Patents

Electric drive device, in particular drive device for a small mechanical payload

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DE1488698A1 DE19651488698 DE1488698A DE1488698A1 DE 1488698 A1 DE1488698 A1 DE 1488698A1 DE 19651488698 DE19651488698 DE 19651488698 DE 1488698 A DE1488698 A DE 1488698A DE 1488698 A1 DE1488698 A1 DE 1488698A1
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

Elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere Antriebsvorrichtung für eine kleine mechanische Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebevorrichtung, insbesondere Antriebsvorrichtung für eine kleine mechanische Nutzlast, zur Umsetzung einer mechanischen Schwingungsbewegung des treibenden Organs in eine mechanische Drehbewegung des getriebenen Organs unter Verwendung elektromechanischer Wandlerelemente. Für Regel- und Steuerzwecke werden häufig elektrische Antriebsvorrichtungen benötigt, die nur eine verhältnismäßig kleine mechanische Nutzlast anzutreiben haben. In erster Linie wäre hierbei zur Lösung dieser Aufgabe an einen Elektromotor zu denken, der entsprechend des kleinen von ihm geforderten Drehmomente verhältnismäßig klein ausgebildet sein könnte. Wegen der relativ kleinen zu treibenden mechanischen Nutzlast läßt sich mit guter Näherung sagen, daß ein derartiger Elektromotor praktisch im ' Leerlauf betrieben wird. Bekanntlich sind die Leerlaufverluste eines Elektromotors im wesentlichen durch seine Kupfer- und Eisenverluste sowie durch die mechanischen Verluste gegebeng die dur eh die Reibung der Antriebewelle entstehen. Diese Leerlaufverluste lassen sich jedoch unter ein gewisses, der Bauart des Elektromotors entsprechendes Minimum nicht herabdrücken, d.h. sie können nicht entsprechend der mechanischen Nutzlast verkleinert werden. Aus diesem Grund ergibt sich für Elektromotoren, die nur eine kleine mechanische Nutzlast anzutreiben haben, ein verhältnismäßig schlechter Wirkungegrad. Die-. ser Umstand wird insbesondere dann als störend empfunden, wenn der Elektromotor beispielsweise in einer Regelschaltung verwendet werden soll, bei der die übrigen Schaltelemente selbst einen nur geringen Leistungsbedarf haben und bei der die vom Blektromotor aufgenommene Leistung bereits einen erheblichen Teil der insgesamt zur Verfügung stehenden Leistung beanspruchen würde. Durch die französische Patentschrift 754 305 ist bereits ein auf dem elektrostatischen Prinzip beruhender Motor bekannt geworden. Der Rotor dieses Motors besteht dabei aus einer kreieförmigen Scheibe eine s Piezokristalls, der mit Hilfe wenigstens zweier sich diametral gegenüberliegender Kondensatorplatten zu Schwingungen in seiner Eigenfrequenz angeregt wird. Aufgrund der Eigenschwingungen des Piezokristalle entstehen an seiner Oberfläche elektrische Ladungeng so daß der Kristall unter dem Einfluß der elektrostatischen Wechselfelder eine rotierende Bewegung ausführt. Zur Erzielung dieser Wirkung ist es deshalb erforderlich, daß zwischen den das elektroetatische Feld erzeugenden Kondensatorplatten und dem Piezokristall'ein Luftspalt verbleibt, weshalb eine verhältnismäßig hohe elektrische Wechselspannung zur Schwingungsanregung erforderlich ist. Damit wird die Anordnung verhältnismäßig hochohmig und es wird zur Erzielung der erforderlichen Wechselspannung ein Transformator erforderlich, an dessen Sekundärwicklung die die Schwingungsanregung bewirkenden Kondensatorplatten angeschlossen sind. Gegebenenfalls wird der Sekundärkreie durch Parallelschalten eines Kondensators zu'einem Parallel-. resonanzkreie ergänzt. Abgesehen davon, daß verhältnismäßig hohe elektrische Wechselspannungen in vielerlei Schaltungeanordnungen gerade vermieden werden sollen, treten wegen der Verwendung von Transformatoren bei der bekannten Anordnung auch zusätzliche Verluste auf. Die gleichen Überlegungen gelten auch für eine in der gleichen Patentschrift angegebenen Abwandlung dieser Ausführungsform, bei der der Rotor durch eine metallische Scheibe gebildet wirdl deren Drehbewegung durch Wirbelströme zustande kommt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen. Unter anderem soll ein Weg zur Schaffung einer elektrischen Antriebsvorrichtung gezeigt werden, die trotz einer verhältnismäßig kleinen anzutreibenden Nutzlast einen hohen Wirkungegrad hat, ohne daß hierfür besonders hohe elektrische Wechselspannungen erforderlich sind. Von einer elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere Antriebsvorrichtung für eine kleine mechanische Nutzlast, zur Umsetzung einer mechanischen Schwingungsbewegung des treibenden Organs in eine mechanische Drehbewegung des getriebenen Organs unter Verwendung elektromechanischer Wandlerelemente ausgehendg wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als treibendes Organ ein mechanischer Biegeresonator verwendet ist, dessen mechanische Ab- messungen und dessen der Schwingungsanregung dienenden Anregungselemente derart gewählt sind, daß im Biegeresonator zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen zumindest näherungeweise bei der gleichen Frequenz auftreten, und daß die Schwingungsanregung der beiden aufeinander senkrecht stehenden Biegeeigenschwingungen mit einer um etwa 90 Grad unterschiedlichen Phasenlage erfolgt. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, dem mechanischen Bisgeresonator einen quadratischen oder einen kreieförmigen Querschnitt zu geben. Dabei kann der mechanische Biegeresonator aus einem elektrostriktiv inaktiven Material, wie beispielsweise Stahl, oder aus einem elektroetriktiv aktiven Material hoher mechanischer Güte, wie beispielsweise einer Piezokeramik oder Quarz bestehen. Zur Schwingungsanregung werden zweckmäßig als Plättchen elektrostriktiven Materials ausgebildete Anregungselemente verwendet, die am Biegeresonator befestigt und auf den dem Biegeresonator abgewandten Oberflächen mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen sind. Für einen mechanisch stabilen Aufbau ist es zweckmäßig, den Biegeresonator in dem den Biegeeigenschwingungen entsprechenden Schwingungsknoten mittels eines Halteelemente zu haltern. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das als mechanischer Biegeresonator ausgebildete treibende Organ über eine Reibungskupplung mit dem die mechanische Drehbewegung ausführenden getriebenen Organ gekuppelt ist." Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß ein mechanischer Resonator mit beispielsweise rundem oder quadratischem Querschnitt mit Hilfe von elektromechanischen Wandlersystemen zu zwei aufeinander senkrecht stehenden Biegeschwingungen angeregt werden kann. Wenn dabei die Amplituden der dem Wandlersystem zugeführten Antriebsopannungen vorzugsweise gleich groß sind, wenn die Frequenz der Antriebespannungen den Eigenfrequenzen des Biegeresonators zumindest näherungsweise entspricht, und wenn die dem Wandlersystem zugeführten Antriebespannungen eine um genau oder zumindest näherungeweise 900 unterschiedliche Phasenlage haben, dann beschreiben die Enden eines derart angetriebenen Biegeresonators in der Art einer LissajousIschen Figur einen Kreis. Diese Bewegung läßt sich mit Hilfe einer geeigneten Anordnung,'wie beispielsweise einer Reibungskupplung, in eine Drehbewegung des anzutreibenden Organs überführen. Wegen der hohen mechanischen Güte.des mechanischen Biegeresonators bleiben die Leerlaufverluste außerordentlich gering, wodurch sich wiederum ein großer Wirkungsgrad der Antriebevorrichtung bei kleiner mechanischer Nutzlast ergibt. Aiihand von Ausführungsbeispielen soll nachstehend die Erfindung noch näher erläutert werden. Die-Fig.1 zeigt einen mechanischen Biegeresonator 5, der beispielsweise quadratischen Querschnitt hat und der in seinem mittleren Bereich mit zwei elektromechanischen Wandlereystemen W 1 und W 2 versehen ist. Die Wandlersysteme W 1 und W 2 sind dabei an zwei zueinander senkrechten Oberflächen des Biegeresonators befestigt und bestehen jeweils aus einem dünnen Plättehen 6 bzw. 61 eines elektrostriktiven Materials. Als elektrostriktives Material eignet sich hierzu insbesondere eine Piezokeramik, wie beispielsweise eine Kalzium-Barium-Titanat-Keramik. Die Plättehen 6 und 61 sind dabei auf den dem Resonator zugewandten Oberflächen mit einer metallischen Schicht versehen, die beispielsweise in bekannter Weise durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht sein kann. Wenn der Biegeresonator 5 aus einem metallischen Material besteht, dann lassen sich die Plättehen 6 und 61 am Biegeresonator 5 auflöten. Wenn der Biegeresonator 5 aus einem nichtmetallischen Material besteht, dann können die Plättehen 6 und 61 beispielsweise durch Klebung am Biegeresonator 5 befestigt werden. Auf den dem Resonator abgewandten Oberflächen sind die aus elektrostriktivem Material bestehenden Plättehen 6 und 61 ebenfalls mit einer dünnen metallischen Schicht versehen, an die die zu den Änschlußklemmen'11 und 21 führenden Anschlußdrähte 7 bzw. 8 beispielaweise.durch Lötung befestigt sind. Wenn der Resonator 5 aus einem metallischen Material besteht, dann können die zu den Anschlußklemmen 1 bzw. 2 füh- renden Anschlußdrähte 9 bzw. 10 in der gezeichneten Weise direkt mit dem Resonator 5 verbunden sein. Falle der Reeonator 5 aus eine m elektrisch nicht leitenden Material besteht, dann müssen die Anschlußdrähte 9 bzw. 10 mit den den-Resonatoroberflächen zugewandten metallischen Schichten der Plättchen 6 bzw. 61 beispielsweise durch Lötung elektrisch leitend verbunden sein. Als Resonatormaterial ist ferner ein elektrostriktiv aktives Material hoher mechanischer Güte geeignet, wie beispielsweise Quarz oder eine Piezokeramik. Bei Verwendung derartiger Materialien können deren elektrostriktive Eigenschaften zugleich zur Anregung der Biegeschwingungen herangezogen werden. Die elektrische Wirkungeweise einer derartigen Anordnung läßt sich folgendermaßen erklären. legt man an die Eingangeklemmen 1-11 eine elektrische Wechselspannung Ul, dann wird das aus elektrostriktivem Material bestehende Plättehen 6 im Rhythmus der elektrischen Wechselspannung gedehnt und verkürzt. Über den Querkontraktionseffekt ergibt sich dadurch auch eine Dehnungd- und Verkürzungebewegung des Plättehens 6 in Richtung der Längeachse 12 des Resonators, wodurch der Resonator 5 immer dann zu Biegeschwingungen entsprechend der elastischen Linie Ei angeregt wird, wenn die Frequenz der anregenden Wechselspannung U 1 mit einer der Biegeeigenfrequenzen des Resonators 5 zumindest näherungeweise übereinstimmt. Durch eine an den Klemmen 2-21 anliegende Wechselspannung U 29 deren Frequenz mit der Frequenz der Wechselepannung Ul übereinstimmt, wird in genau der gleichen'Weise der Reaonator 5 zu einer Biegeschwingung entsprechend der elastischen Linie E2 angeregt, deren Ebene senkrecht auf der Ebene der elastischen Linie Ei steht. Sind dabei die Amplituden der Spannungen Ul und U 2 gleich.groß, dann führt der Resonator 5 zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen gleicher Frequenz aus, die am Ende des Resonatore gleich große Amplituden Al und A 2 haben. Voraussetzung zur Erzielung gleich großer Schwingungsamplituden istg daß die Querschnitteabmeaaungen des Resonators so gewählt sind, daß die Schwingungsbewegungen in beiden zueinander senkrecht'en Richtungen etwa den gleichen Bedingungen unterworfen sind. Im einfachsten Fall läßt sich diese Voraussetzung durch einen quadratischen oder einen kreieförmigen Querschnitt erfüllen, der homogen über die gesamte Länge des Resonators verläuft. Bei Verwen - dung eines derartigen Querschnittes ist dann lediglich darauf zu achten, daß der sog. elektromechanische Kopplungsfaktor, der bekanntlich ein Maß für die Umwandlung der einem Wandlersystem zugeführten elektrischen Energie in mechanische Schwingungsenergie darstellt,.für die beiden Wandlersysteme W 1 u]#d W2 gleich groß ist. Diese Bedingung läßt sich beispielsweise dadurch erfüllen, daß die Wandlersysteme W 1 und W 2 untereinander gleichartig ausgebildet und innerhalb gleicher Längenabschnitte am Resonator befestigt werden. Wenn zusätzlich die Anregungsspannungen U 1 und U2 eine um 900 unterschiedliche Phasenlage haben, dann haben auch die in den Schwingungsebenen E 1 bzw. E2 verlaufenden Biegeschwingungen eine um 900 unterschiedliche Phasenlage, wodurch wiederum die Enden des Resonators 5 sich auf einer Kreisbahn K bewegen, deren Mittelpunkt auf der Mittelachse 12 liegt und deren Radius die Größe A 1 bzw. A 2 hat. Zweckmäßig werden hierzu die Wechselspannungen U 1 und U2 aus einer einzigen Wechselopannungequelle, beispielsweise einem mit Transistoren aufgebauten Oszillator abgeleitet und durch ein Phasenverschiebungeglied bekannter Art den Klemmen 1-11 bzw. 2-21 zugeführt. Um die Biegeeigenbewegungen des Resonators 5 nicht nachteilig zu beeinflussen, beispielsweise zu bedämpfeng ist es zweckmäßig, die Anachlußdrähte 7 bis 10 verhältnismäßig dünn auszubilden, so daß diese Drähte gegenüber dem Resonator 5 ein nur geringes Gewicht haben. Aus den gleichen Gründen ist es ferner zweckmäßig, den Resonator 5 in einem den Biegeeigenschwingungen entsprechenden Schwingungsknoten zu haltern. Hierzu ist im Ausführungebeispiel der Pig.1 der metallische Haltedraht 13 vorgesehen, der im Schwingungeknoten der Biegeschwingungen am Resonator befestigt ist und der der Verankerung des Reeonators in einem zur besseren Übersicht nicht näher dargestellten Gehäuse dient. In der Fig.2 ist eine Möglichkeit gezeigt, wie die von den Enden des Resonators 5 als treibendes Organ ausgeführte Kreiabewegung in eine Drehbewegung des getriebenen Organs übergeführt werden kann. Der Resonator 5 ist dabei nur noch teilweise gezeichnet. Auf der bereits erwähnten Kreisbahn K ist hierzu ein Band 16 aus einem festen Material an einem Ritzel 17 befestigt, in das der am Resonatorende angebrachte Zapfen 15 an der Innenfläche des Bandes 16 entlanggleiten kann. Das Ritzel 17 ist mit einer Welle 19 verbunden, deren Mittelachse 121 mit der Mittelachse 12 des sich in Ruhe gedachten Resonators 5 fluchtet. Die Welle 19 ist in einem nur schematisch angedeuteten Lager 18 gelagert. Durch die Reibung zwischen dem Zapfen 15 und der Innenfläche des Bandes 16 wird das Ritzel 17 in eine Drehbewegung versetzt. Das Ritzel 17 kann als Antrieb eines in der Fig.2 nicht näher gezeichneten Getriebes dienen, das die durch die Abmessungen des Biegeresonators gegebene Drehzahl in der erforderlichen Weise übersetzt. Bekanntlich ist die Güte eines mechanischen Resonators verhältnismäßig groß, weswegen die Leerlaufverluste der beschriebenen Antriebsvorrichtung im Gegensatz zu einem Elektromotor klein gehalten werden können. Der Wirkungpgrad einer derartigen Vorrichtung wird nämlich praktisch nur noch durch die mechanischen Verluste des Resonators bestimmt, die bei. kleiner Nutzlast ebenfalls entsprechend klein sind, insbesondere dann, wenn das Ritzel 17 nach einer kurzen Anlaufzeit etwa die selbe Drehzahl wie der Biegeresonator erreicht hat. Die Umeetzung der mechanischen Schwingungsbewegung in eine Drehbewegung wurde anhand einer Anordnung erläutert, die in der Art einer Reibungskupplung, auegebildet - ist. In ähnlicher Welee eignen sich auch beliebige andere Arten von Kupplullkenp wenn dabei nur darauf geachtet wird, daß der Schwingungsvorgang des mechanischen Biegeresonators nicht in unzulässiger Weise bedämpft wird. Im Beispiel der Fig.1 sind zur Anregung der Biegeschwingungen elektromechanische Wandlersysteme W 1 und W2 vorgesehen, die den sog. Querkontraktionseffekt zur Anregung von Biegeochwingungen ausnutzen. Gleiche elektrische Verhältnisse ergeben sich auch dann, wenn zur Anregung der Biegeschwingungen elektrostriktive Wandlersysteme verwendet werden, bei denen der sog. direkte piezoelektrische Effekt zur Anregung der Biegeschwingungen herangezogen wird. Derartige Wandlersysteme sind bereits in älteren Anmeldungen vorgeschlagen worden.Electric drive device, in particular drive device for a small mechanical one The invention relates to an electrical drive device, in particular a drive device for a small mechanical payload, for converting a mechanical oscillatory movement of the driving organ into a mechanical rotary movement of the driven organ using electromechanical transducer elements. For regulation and control purposes, electrical drive devices are often required which only have to drive a relatively small mechanical payload. In order to solve this problem, one should primarily think of an electric motor that could be made relatively small in accordance with the small torque it requires. Because of the relatively small mechanical to be driven payload can be said that such an electric motor is operated virtually in 'idle with good approximation. It is known that the no-load losses of an electric motor are essentially due to its copper and iron losses as well as the mechanical losses that arise from the friction of the drive shaft. However, these idling losses cannot be reduced below a certain minimum corresponding to the design of the electric motor, that is to say they cannot be reduced in size in accordance with the mechanical payload. For this reason, there is a relatively poor degree of effectiveness for electric motors that only have to drive a small mechanical payload. The-. This circumstance is particularly annoying when the electric motor is to be used, for example, in a control circuit in which the other switching elements themselves only have a low power requirement and in which the power consumed by the sheet metal motor already takes up a considerable part of the total available power would. A motor based on the electrostatic principle has already become known from the French patent specification 754 305. The rotor of this motor consists of a circular disk of a piezocrystal, which is excited to vibrate at its natural frequency with the help of at least two diametrically opposite capacitor plates. Due to the natural oscillations of the piezocrystals, electrical charges arise on its surface, so that the crystal executes a rotating movement under the influence of the alternating electrostatic fields. In order to achieve this effect, it is therefore necessary that an air gap remains between the capacitor plates which generate the electrostatic field and the piezocrystal, which is why a relatively high electrical alternating voltage is required to excite vibrations. The arrangement thus has a relatively high resistance and a transformer is required to achieve the required alternating voltage, to the secondary winding of which the capacitor plates causing the vibration excitation are connected. If necessary, the secondary circuit becomes a parallel circuit by connecting a capacitor in parallel. resonance circles added. Apart from the fact that relatively high electrical alternating voltages are precisely to be avoided in many circuit arrangements, additional losses also occur because of the use of transformers in the known arrangement. The same considerations also apply to a modification of this embodiment specified in the same patent specification, in which the rotor is formed by a metallic disk, the rotational movement of which is brought about by eddy currents. - The invention has for its object to meet the above-mentioned problems in a relatively simple manner. Among other things, a way of creating an electric drive device is to be shown which, despite a relatively small payload to be driven, has a high degree of effectiveness, without particularly high electrical alternating voltages being required for this. Starting from an electrical drive device, in particular a drive device for a small mechanical payload, for converting a mechanical oscillatory movement of the driving organ into a mechanical rotary movement of the driven organ using electromechanical transducer elements, this object is achieved according to the invention in that a mechanical flexural resonator is used as the driving organ is, measurements whose mechanical exhaust and of which the vibration excitation serving excitation elements are selected so that mutually perpendicular bending natural vibrations at least occur in the bending resonator two approximations, at the same frequency, and that the oscillation excitation of the two mutually perpendicular bending mode vibrations having a different by about 90 degrees Phasing takes place. In particular, it is advantageous to give the mechanical bison resonator a square or a circle-shaped cross section. The mechanical bending resonator can consist of an electrostrictively inactive material, such as steel, or of an electroetrictively active material of high mechanical quality, such as, for example, a piezoceramic or quartz. For the excitation of vibrations, it is useful to use excitation elements designed as platelets of electrostrictive material, which are attached to the bending resonator and provided with an electrically conductive layer on the surfaces facing away from the bending resonator. For a mechanically stable structure, it is expedient to hold the bending resonator in the vibration node corresponding to the natural bending vibrations by means of a holding element. Furthermore, it has proven to be advantageous if the driving element, which is designed as a mechanical bending resonator, is coupled via a friction clutch to the driven element executing the mechanical rotary movement Electromechanical transducer systems can be used to excite two mutually perpendicular flexural vibrations. If the amplitudes of the drive voltages supplied to the converter system are preferably the same, if the frequency of the drive voltages corresponds at least approximately to the natural frequencies of the bending resonator, and if the drive voltages supplied to the converter system are a have exactly or at least approximately 900 different phase positions, then the ends of a bending resonator driven in this way describe a circle in the manner of a Lissajous figure Movement can be converted into a rotary movement of the organ to be driven with the aid of a suitable arrangement, such as, for example, a friction clutch. Because of the high mechanical quality of the mechanical bending resonator, the no-load losses remain extremely low, which in turn results in a high degree of efficiency of the drive device with a small mechanical payload. The invention will be explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments. 1 shows a mechanical flexural resonator 5, which has a square cross section, for example, and which is provided with two electromechanical transducer systems W 1 and W 2 in its central area. The transducer systems W 1 and W 2 are attached to two mutually perpendicular surfaces of the bending resonator and each consist of a thin plate 6 or 61 of an electrostrictive material. A piezoceramic, such as a calcium-barium-titanate ceramic, is particularly suitable as an electrostrictive material for this purpose. The plates 6 and 61 are provided with a metallic layer on the surfaces facing the resonator, which can be applied, for example, in a known manner by vapor deposition in a vacuum. If the bending resonator 5 consists of a metallic material, then the plates 6 and 61 can be soldered to the bending resonator 5 . If the bending resonator 5 consists of a non-metallic material, then the plates 6 and 61 can be attached to the bending resonator 5 , for example by gluing. On the surfaces facing away from the resonator, the plates 6 and 61 made of electrostrictive material are also provided with a thin metallic layer to which the connecting wires 7 and 8 , respectively, leading to the terminals 11 and 21 are attached, for example by soldering. If the resonator 5 consists of a metallic material, then the connecting wires 9 or 10 leading to the connection terminals 1 or 2 can be connected directly to the resonator 5 in the manner shown. If the reonator 5 consists of an electrically non-conductive material, then the connecting wires 9 and 10 must be electrically conductively connected to the metallic layers of the platelets 6 and 61 facing the resonator surfaces, for example by soldering. An electrostrictively active material of high mechanical quality, such as quartz or a piezoceramic, is also suitable as the resonator material. When using such materials, their electrostrictive properties can also be used to excite the flexural vibrations. The electrical mode of operation of such an arrangement can be explained as follows. If an electrical alternating voltage U1 is applied to the input terminals 1-11 , then the plate 6 made of electrostrictive material is stretched and shortened in the rhythm of the electrical alternating voltage. The transverse contraction effect also results in a stretching and shortening movement of the plate 6 in the direction of the longitudinal axis 12 of the resonator, whereby the resonator 5 is always excited to flexural vibrations corresponding to the elastic line Ei when the frequency of the exciting alternating voltage U 1 with one of the Natural bending frequencies of the resonator 5 at least approximately coincide. By an alternating voltage U 29 applied to terminals 2-21, the frequency of which corresponds to the frequency of the alternating voltage Ul, the reactor 5 is excited in exactly the same way to a flexural oscillation corresponding to the elastic line E2 , the plane of which is perpendicular to the plane of the elastic Line egg stands. If the amplitudes of the voltages U1 and U 2 are equal, then the resonator 5 executes two mutually perpendicular natural bending vibrations of the same frequency, which have equal amplitudes A 1 and A 2 at the end of the resonator. The prerequisite for achieving vibration amplitudes of the same size is that the cross-sectional dimensions of the resonator are chosen so that the vibrational movements in both mutually perpendicular directions are subjected to approximately the same conditions. In the simplest case, this requirement can be met by a square or a circle-shaped cross section which runs homogeneously over the entire length of the resonator. In USAGE - making of such a cross section is then to ensure only that the so-called electromechanical coupling factor which is known to be a measure of the conversion of a transducer system supplied electric energy into mechanical vibrational energy, .for the two transducer systems W 1 u] #d. W2 is the same size. This condition can be met, for example, in that the transducer systems W 1 and W 2 are designed to be identical to one another and are attached to the resonator within the same length sections. If, in addition, the excitation voltages U 1 and U2 have a phase position that differs by 900 , then the flexural vibrations running in the oscillation planes E 1 and E2 also have a phase position that differs by 900 , which in turn causes the ends of the resonator 5 to move on a circular path K The center point lies on the central axis 12 and the radius of which has the size A 1 or A 2. For this purpose, the alternating voltages U 1 and U2 are expediently derived from a single alternating voltage source, for example an oscillator constructed with transistors, and fed to terminals 1-11 and 2-21 through a phase shift element of a known type. In order not to adversely affect the inherent bending movements of the resonator 5 , for example to dampen it, it is expedient to make the connecting wires 7 to 10 relatively thin so that these wires are only light in weight compared to the resonator 5. For the same reasons, it is also expedient to hold the resonator 5 in a vibration node corresponding to the natural bending vibrations. For this purpose, in the embodiment of Pig.1, the metallic holding wire 13 is provided, which is attached to the resonator in the vibration node of the bending vibrations and which serves to anchor the reonator in a housing not shown in detail for better clarity. FIG. 2 shows a possibility of how the circular movement carried out by the ends of the resonator 5 as the driving organ can be converted into a rotary movement of the driven organ. The resonator 5 is only partially drawn. For this purpose, a band 16 made of a solid material is attached to a pinion 17 on the already mentioned circular path K, into which the pin 15 attached to the resonator end can slide along the inner surface of the band 16. The pinion 17 is connected to a shaft 19 , the central axis 121 of which is aligned with the central axis 12 of the resonator 5, which is imagined to be at rest. The shaft 19 is supported in a bearing 18, which is only indicated schematically. The friction between the pin 15 and the inner surface of the belt 16 causes the pinion 17 to rotate. The pinion 17 can serve as a drive for a gear, not shown in more detail in FIG. 2, which translates the speed given by the dimensions of the bending resonator in the required manner. As is known, the quality of a mechanical resonator is relatively high, which is why the idling losses of the drive device described can be kept small in contrast to an electric motor. The degree of effectiveness of such a device is practically only determined by the mechanical losses of the resonator, which at. small payload are also correspondingly small, especially when the pinion 17 has reached approximately the same speed as the bending resonator after a short start-up time. The Umeetzung the mechanical oscillation movement into a rotary movement has been explained with reference to an arrangement which, auegebildet in the manner of a friction clutch - is. In a similar way, any other types of coupling are also suitable if care is only taken to ensure that the oscillation process of the mechanical bending resonator is not dampened in an inadmissible manner. In the example in FIG. 1, electromechanical transducer systems W 1 and W2 are provided to excite the flexural vibrations, which converters utilize the so-called transverse contraction effect to excite high flexural vibrations. The same electrical conditions also result when electrostrictive transducer systems are used to excite the flexural vibrations, in which the so-called direct piezoelectric effect is used to excite the flexural vibrations. Such converter systems have already been proposed in older applications.

Claims (2)

P a t e n t a n s p r ü c h e Elektrische Antriebevorrichtungg insbesondere Antriebs-"Dvorrichtung für eine kleine mechanische Nutzlast, zur Umsetzung einer mechanischen Schwingungsbewegung des treibenden Organs in eine mechanische Drehbewegung des getriebenen Organs unter Verwendung elektromechaniecher Wandlerelemente, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß als treibendes Organ ein mechanischer Biegeresonator (5) verwendet ist, dessen mechanische Abmeseungen und dessen der Schwingungsanregung dienenden Anregungselemente (W1PW2 ) derart gewählt sind, daß im Biegeresonator (5) zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen (A1.A2) zumindest näherungeweise bei der gleichen Frequenz auftreteng und daß die Schwingungsanregung der beiden aufeinander senkrecht stehenden Biegeeigenschwingungen (A1IA2) mit einer um etwa 90 Grad unterschiedlichen Phasenlage erfolgt. P atentans p r ü c he Electrical Antriebevorrichtungg particular drive "Dvorrichtung for a small mechanical load, elektromechaniecher to implement a mechanical oscillating movement of the driving member into a mechanical rotational movement of the driven member using transducer elements, d a d u rch g e k ennzeich -NET that is used as the driving member is a mechanical bending resonator (5), the mechanical Abmeseungen and of which the vibration excitation serving excitation elements (W1PW2) are selected such that, in bending resonator (5) has two mutually perpendicular bending natural vibrations (A1.A2) at least approximations, in the The same frequency occur and that the oscillation excitation of the two mutually perpendicular natural bending oscillations (A1IA2) takes place with a phase position which differs by about 90 degrees. 2. Elektrische Antriebevorrichtung nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i o h n e t 9 daß der mechanische Biegeresonator (5) quadratischen Querschnitt hat. 3. Elektrische Antriebavorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r a h g e k e n n z e i c h n e t 9 daß der mechanische Biegeresonator (5) kreieförmigen Querschnitt hat. 4. Elektrische Antriebgvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r o h g e k"e n n z e i c h.-n 9 t , daß der mechanische Biegeresonator (5) aus einem elektroetriktiv inaktiven Material, beispielsweise Stahl, besteht. 5. Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39 d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der mechanische Biegeresonator (5)-aus einem elektrostriktiv aktiven Material hoher mechanischer Güte, beispielsweise einer Piezokeramik oder Quarz, besteht. 6. Elektrische Antriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r o h g e k e n n z e i c h -n e t 9 daß die der Schwingungeanregung dienenden Anregungselemente als Plättchen (6,61) elektrcstriktiven Materials ausgebildet sind, die am Biegeresonator (5) befestigt und auf den dem Biegeresonator (5) abgewandten Oberflächen mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen sind. 7. Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t 9 daß der Biegeresonator (5) in den den Biegeeigenschwingungen entsprechenden Schwingungsknoten mittels eines Halteelementes (13) gehaltert ist. 8. Elektrische Antriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß das als mechanischer Biegeresonator (5) ausgebildete treibende Organ über eine Reibungskupplung (15,16) mit dem die mechanische Drehbewegung ausführenden getriebenen Organ (17) gekuppelt ist. - 2. Electric drive device according to claim 1, d a -dur c h g e k ennzei o hnet 9 that the mechanical bending resonator (5) has a square cross-section. 3. Electrical Antriebavorrichtung according to claim 1, d a d g e h k for a ennzeichnet 9 that the mechanical bending resonator (5) has kreieförmigen cross section. 4. Electric drive device according to one of the preceding claims, d a d uroh g ek "ennzei c h.-n 9 t , that the mechanical bending resonator (5) consists of an electroetriktiv inactive material, for example steel. 5. Electric drive device according to a of claims 1 to 39 d a d u rch g e k ennzeich -NET that the mechanical bending resonator (5), for example a piezo-ceramic or quartz -from a electrostrictively active material of high mechanical quality. 6. Electric drive apparatus according to any one of the preceding claims , d a d g e k uroh ennzei c h -NET 9 that the serving of Schwingungeanregung excitation elements are formed as plates (6.61) elektrcstriktiven material, and attached at the bending resonator (5) facing away from the the bending resonator (5) surfaces with 7. Electric drive device according to one of the preceding claims, d a d urch g e k enn denotes 9 that the Bie geresonator (5) is held in the vibration nodes corresponding to the natural bending vibrations by means of a holding element (13) . 8. Electric drive apparatus according to any one of the preceding claims, d a d g e k urch ennzeich -NET that the designed as mechanical bending resonator (5) driving body via a friction coupling (15,16) with which the mechanical rotational movement exporting driven member (17 ) is coupled. -
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