CN100492693C - 振动马达及其制造和使用方法 - Google Patents

振动马达及其制造和使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100492693C
CN100492693C CNB018070469A CN01807046A CN100492693C CN 100492693 C CN100492693 C CN 100492693C CN B018070469 A CNB018070469 A CN B018070469A CN 01807046 A CN01807046 A CN 01807046A CN 100492693 C CN100492693 C CN 100492693C
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric element
resonator
hole
vibrating elements
contact portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB018070469A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1611001A (zh
Inventor
B·马努森
P·瓦拉迪
B·哈格曼
E·戴维森
S·肖菲尔德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pantec GmbH
Original Assignee
Elliptec Resonant Actuator AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elliptec Resonant Actuator AG filed Critical Elliptec Resonant Actuator AG
Publication of CN1611001A publication Critical patent/CN1611001A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100492693C publication Critical patent/CN100492693C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
    • H02N2/004—Rectangular vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
    • H02N2/0055—Supports for driving or driven bodies; Means for pressing driving body against driven body
    • H02N2/006—Elastic elements, e.g. springs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/0075—Electrical details, e.g. drive or control circuits or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/026—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/22—Methods relating to manufacturing, e.g. assembling, calibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

在一个第一频率下激励一个单一压电(22)，以在一个共振器(24)中引起两个振动模式，在共振器的一个与从动元件(42)摩擦接合的选定接触部分(44)处产生一个沿第一方向的第一椭圆运动(100a)，以沿第一方向移动从动元件。一个第二频率激励相同的压电元件(22)以引起共振器的两个振动模式，在该选定接触部分(44)处产生一个沿第二方向的第二，最好是椭圆的运动(100b)，以沿第二方向移动从动元件(42)。利用共振器在压缩状态下预压该压电。向共振器的壁施加超过其屈服点的应力，来维持该预压。特殊定形的压电元件端部有助于压电的预压。压电可以通过从动元件向传感器发送或接收振动信号，来确定从动元件所传送的相对于压电元件或共振器的位置。相反，压电元件可以接收通过从动元件的振动或电信号，来确定从动元件的位置。从动元件弹性地压在共振器上，或者相反。可用多个共振器驱动共同的从动元件。

Description

振动马达及其制造和使用方法
发明背景
因为相对比较便宜，通常使用电磁马达来移动小型元件。电磁马达旋转速度非常快，仅能够产生较低的力，因此通常与变速箱一同使用，提供实际应用所需的较慢的旋转和增大的动力。本发明公开的从动元件的运动涉及的是一个公共方向上的平移或转移，不包括仅前后往返移动一个部件来使该部件振动，而不产生净距离的运动。尽管马达相对比较便宜，但存在大量的移动部件，装配复杂，其可靠性难以保证，低动力和对变速箱需要不仅限制了其应用，而且对于许多应用而言费用过高。此外，这些马达太大，在其旋转时不够精密，而且具有噪声。因此，需要更简单的、更安静的和更便宜的马达。
另外一种类型的小型马达是压电马达，它采用一种可以在向材料施加电压时可以改变尺寸的材料。压电陶瓷可以用于电动机械的微型马达中，通过振动马达和从动部件之间的摩擦接触，来提供线性的或循环的移动。这些压电马达包括至少一个机械共振器和至少一个压电激励器。当通过振动电信号进行电激励时，激励器产生由共振器放大的机械振动。当将共振器与一个物体接触时，振动在与物体的接触区域上产生摩擦力，使物体移动。产生的机械输出的速度、方向和机械力取决于接触区域上的振动形式和频率。对于给定的电压这些压电马达运行时，将产生产生很小的尺寸变化，并能够产生每秒几万个周期的振动。采用许多笨重而昂贵的设计，以从这些微小的移动中获得有用的力和移动。
一种类型的压电马达是采用通过压电材料的一个波的行波马达。这些马达通常是基于盘型设计，制造费用昂贵。这些马达的形状和费用限制了其应用。
其他类型的压电马达需要一个特定波形的输入信号，以便使压电材料沿着希望的方向移动。一种这样类型的马达被称作是粘滞滑动驱动。这些马达具有一个压电元件，在一个支撑上以一个相当慢的、足以使得摩擦力能够移动物体的速度，沿着一个希望的方向移动物体。施加于压电材料的波形使得压电快速收缩，并能够有效地从物体下拉出支撑，使得物体相对于支撑滑动。重复该过程，来产生移动。由于这些马达的运行需要锯齿型或类似的波形，所以需要复杂的电子设备，从而使费用增加。
再一种类型的压电马达是冲击驱动装置，重复撞击物体使其产生移动。
在压电微马达中，可使用压电元件来激励共振器的两个独立的振动模式。每种模式都在共振器上产生一个接触区域，沿着某一方向振动。通常振动模式选择为，使得相应的振动方向彼此相互垂直。两个垂直振动叠加，使得接触区域沿着叫做的“利萨如”(Lissajous)图形的曲线移动。例如，如果两个振动具有相同的频率，并且在振动间没有相对的相位移，那么叠加产生的移动就是线性的。在频率相同，但有90°的相对相移时，那么，如果每个振动的振幅相同，产生的移动是圆形的，否则产生的移动是椭圆型的。如果频率不同，则产生其它类型的移动，如8字型。
利萨如图形已经被用来制作8字移动驱动装置。这些驱动装置需要一个包括两种频率的电信号，使振动元件的顶部按照8字型运动移动。所涉产生的电子装置复杂而昂贵，很难使用8字型运动来产生有用的物体移动。
为了移动另一个物体，并产生一个机械输出，最好使用圆形或大角度的椭圆形运动(两个半轴接近相等)，而不是线性运动。因此，在现有技术中，压电微马达通常采用两个具有接近90°的相对相移的垂直模式的振动模式。将这些模式激励到接近其相应的振动频率，使得产生的机械输出最大。如果两个模式间的相对相移被改变至-90°，则椭圆的横移方向相反。因而与共振器接触的物体的移动方向也相反。但是，这些马达需要定位和选择两个压电驱动器，来激励两个独立的共振模式。这需要两套驱动器，两套电子驱动系统，一个将每个驱动器反相的电子系统，该基本设计限制了部件的位置。
因此，现有技术包括电动机械的微型马达，其中杆状共振器具有一个安装在共振器上的小型压电盘。共振器在连杆的顶端接触移动的物体。激励器激励连杆的一个纵向模式和一个弯曲模式。在相应的模式的二个共振频率之间选择激励频率，使相对相移为90°。该相移是通过共振器的机械特性，具体而言是通过其机械阻尼特性产生的。所产生的共振器端部的椭圆运动是，椭圆的一个半轴与连杆的轴对齐，另一个半轴与该轴垂直。采用一个第二压电激励器来反转椭圆横移的方向，并把其放置在共振器的一个不同位置。以这样一种方式放置第二个压电激励器，使其能够激励出同样的两个模式，但相对的相移为-90°。
遗憾的是，这种激励器需要两套电子设备，沿相反方向驱动马达，具有两套驱动压电盘，不仅使用导致大量的部件，而且极大增加了系统的复杂性，使得这些类型的马达的费用显著增加。由于驱动振频率选择在两个共振频率之间，所以马达具有有限的功率。因而，需要具有更简单的电子设备、更少的部件和更高效率的马达。
其他的振动马达中，压电元件具有放置在元件不同部分的一系列电极，以便以不同的方式使元件产生形变。因而，例如，在一个矩形压电陶瓷元件的四个象限的每一个象限中，通过至少两个分离的独立激励的电极可以激励出两种振动模式。第二套电极被用来反转椭圆横移的方向。所产生的椭圆运动是，椭圆的一个半轴与马达的纵向轴对齐，椭圆的另一个半轴与该轴垂直。如其它地方中所提到的，通过采用5:1，10:1，或20-50:1的比率，可以有利地使用半轴的比率来增加移动或减少传动时间。
尽管如此，用大量的电极连接和许多部件来实现这一位移，导致这种类型的马达的费用很高。本发明的某些方面的一个目的是提供一个比现有技术便宜和容易制造的微型马达。
概要
本发明采用一个单一压电元件和一个机械共振器来实现其所希望的移动。压电元件具有一对电气接触。利用正弦电信号来激励压电元件，其中元件、共振器、有时还有支架系统被配置为：使得可由单一信号激励出至少两种振动模式，在共振器与被移动的物体的接触区域上产生一个椭圆运动。
在本发明的另一个实施方案中，振动元件包括一个压电元件和一个暴露在磁场中时会改变其形状的限磁元件。
与现有技术不同，有利的是，椭圆的半轴不与共振器的纵向轴对齐，也不与其垂直。还有，两个模式间的相对的相移也无需接近于90°，以致于产生一个圆形的或接近于圆形-椭圆形的路径。相应振动的振幅可以有不同的量值。在一个给定频率下，马达26沿着一个方向移动物体42。当运行在一个不同的频率之下时，马达26以一个不同的方向或不同的转向移动物体42。最好是马达以相反的方向移动物体42，但是这将取决于用户的需要和马达26的设计、支撑和从动对象42。可以在更高的频率下运行马达26，以产生物体的另外的移动，如轴杆的旋转和/或平移。本公开内容中，从动对象42的移动涉及到物体42在一个公共方向上的平移或旋转运动，而不是仅在一个循环的路径上交替前后移动物体42，来使物体振动而不产生净平移或净转动。
部分地把一个压电元件安装在机械共振器的内部，以便以压缩形式预载该压电元件。压电元件和机械共振器的组合被称为马达，或振动元件。该组合元件和共振器被配置为：一个单一激励频率激励至少两个振动模式，足以在将被用来驱动一个从动对象的马达的一个预定点上产生一个沿第一方向的椭圆运动。具体而言，一个振动模式通常是沿着马达的纵向轴，而一个第二振动模式与纵轴横切，以产生弯曲或扭转。可以通过共振器和压电元件的适当配置，或者在有些情况下，通过使压电元件偏移共振器的纵轴来产生组合的轴向和弯曲运动，来实现该运动。
通常共振器的末端36远边缘44处的移动是最大的和优选利用的，尽管也可以利用马达上的其它位置。马达的相对一端为邻近端35。结果是，当一个单一信号以一个第一频率激励马达时，远边缘沿着一个由至少两个振动模式的组合产生的椭圆路径运动。马达进一步配置为：第二驱动频率在马达上激励两个振动模式，使得马达上的一个预定点以一个与第一椭圆路径方向相反的椭圆路径旋转。
因此，由一个单一频率驱动一个单一压电元件和共振器，以在振动马达的一个预定位置产生一个第一椭圆移动。以一个第二频率驱动压电元件，激励出振动马达的两种共振振动模式，使预定位置按照一个与第一椭圆运动不同的、最好是方向相反的第二椭圆运动。通常两个椭圆运动是不重叠的。该运动可以在马达的不同位置上，以不同的振幅和方向来实现，而且允许多种配置，其中马达可以驱动其它元件。
由此，马达需要一个单一压电驱动器、一个单一共振器、和两个分离的频率，在两个相反的方向上驱动物体。压电驱动器和共振器的选择和配置实现了共振或近似的共振振动，其振幅足够以一个预定的力来移动物体。该设计所付出的努力产生了一种设计简单、部件少、费用低和效率高的马达。
在又一个进一步的实施方案中，马达弹性压在从动对象上。根据支架的配置，支架可以成为振动体的组成部分，并影响马达的振动模式，以便在将与从动对象接触的马达的希望位置上实现所希望的移动。
提供一种简化的振动系统，具有与一个共振器间的驱动联络的一个振动源，在系统的使用中共振器具有一个与从动元件接合的选定接触部分。该振动源最好是压电元件，但也可以包括将电能转化为物理运动的其它元件，如磁致伸缩或电致伸缩装置。为便于描述，在本说明中，将通常使用一个压电振动源。
振动元件和共振器被配置为：当第一信号在提供给振动元件的第一频率下将共振器激励为同时在至少两个模式下共振时，按照第一椭圆运动移动选定接触部分。所产生的椭圆运动具有足够的振幅，以在从动元件和选定接触部分维持充分的接触时移动从动元件，以实现从动元件的位移。选择该至少两个振动模式，使得其中至少一个模式不包含共振器的纯纵向或弯曲模式，以便产生第一椭圆运动。在本公开内容中，从动元件的运动涉及的是一个公共方向上的平移或转移，而不是仅交替地前后来回移动一个部件来产生没有净平移或净转动的部件振动。
压电元件和共振器最好配置为：当由第二信号在一个提供给压电元件的第二频率下把它们激励为同时在至少两个振动模式下共振时，使选定接触部分能够按着第二椭圆运动移动一个所需的量。这允许通过一个单一振动元件实现从动元件的多级运动。可以采用不同的离散频率所激励的另外的振动模式，为相同的选定接触部分，或者与不同从动元件接合的不同的选定接触部分提供不同的移动。在一个优选实施方案的一种形式中，共振器包括一个伸长的部件，选定接触部分位于该部件末端的一个边缘上。
首先描述这一基本组合的多种变化形式，然后讨论某些进一步的特征和优势。一种变化形式包括在一个基座和振动元件之间插入一个弹性元件，其定位旨在，于系统运行期间，将振动元件弹性压在从动元件上。优点在于，在第一频率下，使振动模式在共振器上产生一个节点，在该节点处，一个弹性支架与振动元件相连，弹性支架的定位旨在，于系统运行期间，将振动元件弹性压在从动元件上。该弹性支架还可连接到振动元件的除该节点之外的位置，以便在系统运行期间，将振动元件弹性压在从动元件上。该弹性支架有助于确定不同的振动模式。
有利地，在系统运行期间，共振器中压电元件是处于压缩状态。压电元件最好是压装进共振器的孔中，以在系统运行中，将压电元件置于压缩状态。在系统运行期间如果向共振器壁施加超过其屈服点的应力使压电元件处于压缩状态，则可以实现这种压装的进一步的优势。通过使共振器壁弯曲，还可获得更多的优势。如果压电元件具有一个倾斜的表面，与压电元件的边缘相邻的倾斜的表面，以更容易将压电元件压装进共振器的孔中，也是有利的。
第一和第二椭圆运动都具有一个长轴和短轴，使每个椭圆移动的长轴和短轴之比的范围为3:1-150:1是有利的，该范围最好是4:1-30:1，理想情况是5:1-15:1。其它的优势包括，可以实现更快的运动，系统设计更容易实现。为了使运动最大，长轴或短轴，最好是长轴，与从动元件的轴对齐，将是有利的。
使这些椭圆的长轴相对于振动元件的主轴倾斜一个角度，并在激励频率的范围内维持该倾斜角，是有利的。因此，选择系统配置和倾斜角，使得在第一频率的前后约200Hz或更大的频率范围内，长轴和在选定接触部分处并沿运动方向的从动元件的切线之间的夹角β约为25°或更小，是有优势的。角β最好以10°或更小的角度变化。
在诸因素中，在变化该角度，以便允许更容易地进行的系统设计，提高系统的性能方面，具有一定的优势。因此，使椭圆运动的长轴以一个角度β倾斜是有优势的，当所选的接触部分被驱动连接到从动元件时，角β在约5-85°之间。当角β在约0-5°之间时，这些范围的多数情况忽略这一范围，当相同的所选接触部分被用于多个运动时，这一范围出现。但是当所选接触部分仅实现从动元件的一个运动方向时，那么更精确地校准轴在约0-5°范围内实现从动移动校准是可能的。
本发明的另一个特征是能够以某种方式在一个激励频率范围内实现所希望的运动，允许使用公差较低，并因此费用较低的部件。因此，提供了一个具有振动源的产振元件，振动源振动一个共振器来放大振动。该共振器具有与一个从动元件接合的一个选定接触部分，以在使用振动元件运行期间，沿着一个被驱动的路径移动从动元件。当振动源被一个第一频率的第一信号激励时，该选定接触部分沿着第一椭圆路径运动。该椭圆路径具有一个长轴和一个短轴，当第一频率上下变化200Hz或更多时，椭圆的长轴和短轴不与振动元件的主轴对齐，偏离变化不超过10°的规定角度。最好是当第一频率变化200Hz时，理想情况是当第一频率变化2.5kHz时，该规定角度的变化不超过5°。
本发明的其它特征也可以用于这一范围的激励频率。因而，如前所述，振动源最好为一个压电元件，但也可采用其它的元件。运动可以由单纯的振动模式，或者由至少两个叠加的振动模式产生，但其中至少一个振动模式最好不是纯纵向模式或纯弯曲模式。有利的是，把振动元件连接到一个弹性支撑上，弹性支撑的定位旨在，于振动元件使用期间，使选定接触部分弹性压在从动元件上。正如所希望的，采用弹性支撑可以有助于确定产生椭圆运动的振动模式。
本发明的另一个方面包括一个振动部件，用于采用非共振模式移动一个从动元件。该振动部件包括一个振动元件，如一个压电振动源安装在一个共振器上的压电振动源，以形成一个振动元件，该振动元件具有一个选定接触部分，其定位旨在，于使用期间与从动元件接合。可以使用多种压电振动源，包括复压电元件，来实现所希望的选定接触部分的椭圆运动。但是，当由一个产生至少两个叠加的振动模式以形成第一椭圆路径的第一电信号激励振动源时，在第一椭圆路径上移动时，选定接触部分具有一个长轴和一个短轴。有利的情况是，至少一个振动模式不是纯纵向模式和纯弯曲模式。而且，对于这一具体方面，该至少两个振动模式中的至少一个是非共振的，该第一电信号被充分放大，足以使至少一个非共振振动模式产生一个选定接触部分的运动，其振幅足以使得所产生的椭圆路径能够在应用中移动从动元件。该非共振特征可以用于此处描述的其它部件，包括弹性支撑、压装的压电元件、和其它功能部件等。
先前没有提及的，但适用于本发明的不同实施方案和特征的一个特征是，在选定接触部分的椭圆运动中采用一个大纵横比。长轴与短轴的比例最好约为5:1或更大，15:1和30:1的比率能够提供可用的，但也逐渐产生越来越不合乎需要的运动。随着纵横比的增加，激励移动变得越来越接近于一个冲击激励。然而，相信利用这里公开的不同特征和实施方案，可能采用3:1-150:1或者更多的纵横比，提供可用的运动。
本发明的一个进一步的方面是使用非纯纵向或非纯弯曲的振动模式。因而，本发明包括一个安装在共振器上的振动源，以形成一个振动元件。该振动元件具有一个选定接触部分，其定位旨在，于使用期间与从动元件接合。当由一个产生至少两个叠加的振动模式以形成第一椭圆路径的第一电信号激励振动源时，选定接触部分在具有一个长轴和一个短轴的第一椭圆路径上运动。在这一具体方面中，至少一个振动模式不是纯纵向模式和纯弯曲模式。该椭圆运动具有一个长轴和一个短轴，其中一个轴以一个角度与第一方向对齐，对齐度足以导致从动元件的运动。
换句话说，该振动元件在均有一个长轴和短轴的第一和第二椭圆路径上移动所选择的接触部分。长轴和短轴中至少一个与相关的椭圆路径所产生的运动方向不重合。这种非弯曲或非纯纵向的振动模式可以随这里所描述的其它部件，例如，包括弹性支撑、压装压电元件、和其它功能部件等。
本发明的另一个特征是采用不与振动元件对齐的椭圆运动，而是采用一个倾斜的驱动元件和从动元件。因而，提供了一种振动系统，来移动一个从动元件，包括在至少一个第一方向上可运动的从动元件。该振动源安装在一个共振器上，以形成一个振动元件；该振动元件具有一个选定接触部分，其定位旨在，于运行期间与从动元件接合。对于这一具体方面，选定接触部分沿着一个第一椭圆路径运动，该椭圆路径具有一个长轴和短轴，其中至少一个与振动元件的纵向轴不对齐。有利地，相对于从动元件在选定接触部分沿第一方向的切线，纵向轴倾斜一个角度α。当选定接触部分驱动接合到从动元件上时，该角度α介于10°和80°之间。如后面所讨论，对该角度要进行进一步的改进。这种倾斜的轴还可以用于这里所描述的其它部件，包括弹性支撑、压装压电元件、和其它功能部件等。
本发明还包括实现上述装置和优势的方法具体地说，包括一种配置一个振动系统的方法，该振动系统具有一个振动元件，该元件有一个与从动元件驱动接合的选定接触部分，通过以一个第一椭圆运动来移动选定接触部分，来移动从动元件。该方法包括在一个局部化的坐标系中分析椭圆运动，其中，椭圆的长轴和短轴中的至少一个不与一个振动元件的移动的主轴对齐。而后，该方法改变系统设计，使至少一个椭圆轴在选定接触部分沿运动方向相对于从动元件的切线倾斜，使至少一个轴更紧密地与该切线对齐，其对齐度足以实现可接受的从动元件的运动。该倾斜是通过改变椭圆运动或改变振动元件和从动元件的相对取向，或两者都改变来实现的。在振动系统运行期间，这种倾斜是维持不变的。
相对于该切线来定位局部化的坐标系是有利的。进一步的优势是将第一椭圆运动的长轴的倾斜角度设定为一个大于5°的角度，用角度β1表示，振动元件和从动元件彼此倾斜一个大于5°的角度α。
该方法还可以包括提供一个振动元件，具有沿第二椭圆运动运动的选定接触部分，以沿第二方向将从动元件移动一个希望的量。该方法的一个进一步的变动是用与第一椭圆运动类似的方法分析第二椭圆运动。于是，在一个局部化的坐标系中分析第二椭圆运动，其中，椭圆的长轴和短轴中的至少一个是不与一个振动元件的主轴对齐。改变系统设计，使第二椭圆的至少一个轴在选定接触部分沿第二方向相对于从动元件的切线倾斜，使第二椭圆移动的至少一个轴更精确地沿第二方向与该切线对齐，其对齐度足以实现可接受的沿第二方向的从动元件的运动。在系统使用期间，维持第二椭圆轴的倾斜是有利的。通常第一和第二椭圆的轴中的至少一个的方向是折衷选择的，使在一个方向上实现从动元件的不算最优的运动，以便改进从动元件在另一个方向上的运动。
分析方法还可以相对于该切线来定位局部化的坐标系，用一个角度β1表示第一椭圆运动的长轴的倾斜角度，振动元件和从动元件彼此倾斜一个大于大约5°的角度α。可以通过一个角度β2表示第二椭圆运动的长轴的倾斜角度，β1和β2中至少一个大于5°。β1和β2中至少一个最好是介于5-85°之间。而且，在该方法中，振动元件可以弹性地安装在一个基座上。也可采用这里讨论的其它功能部件。
本发明允许采用简化的驱动系统。一个驱动系统采用一个安装在压电元件上的电感线圈，与压电元件的固有电容共同作用，形成一个L-C驱动电路。线圈可以集成到振动元件中，线圈导线还被用作一个振动元件的串联或并联的电气连接。
当振动元件具有一个固有电容时，本发明还允许使用一个简单的驱动装置，来控制振动元件和其机械共振器的运行。如上所述，压电元件具有一个固有电容。控制装置具有至少一个开关元件，允许应用一个预定的信号，如这里所讨论的正弦信号。而且，有至少一个驱动振动元件的电气共振器驱动器电路，其中驱动器电路电气地连接到开关元件，并由开关元件启动。最后，有至少一个电感线圈，电气地连接到振动元件，与振动元件的电容一起形成一个电谐振器，使信号以一个预定的频率激励驱动器电路。利用用于生成第一和第二(以及其它)椭圆移动地的第一和第二频率下的第一和第二信号选择将要产生的电路谐振。
如果线圈安装在振动元件上或与振动元件一同安装在一个公共的支撑上，是有利的。线圈最好是环绕压电元件或机械共振器的一部分。而且，驱动器电路和开关元件的放置位置与压电元件的距离比线圈与压电元件的距离多四倍以上是有益的。为使结构更加简单，用来形成线圈的相同电导体还将压电元件与驱动器电路相连-并联或串联。
而且，在一个进一步的实施方案中，提供了一个压电共振器驱动器电路，具有多个单向门电路，来驱动压电元件。驱动器电路在电气上连接到控制元件，并由控制元件控制；压电元件电气地连接到一个单向门电路上并与该单向门电路配对。至少一个电磁储能元件，如一个电感线圈，电气地与压电元件连接，以致电磁储能元件与振动元件的电容共同形成了一个电谐振器。单向门电路可以采用所排列的一个或多个二极管的形式，用来防止压电元件上的负电压。驱动器电路最好在一个所选定的调制好的、预定的第一共振频率下谐振，当选定接触部分接合从动元件时，使振动元件导致选定接触部分以足以沿第一方向运动从动元件的振幅按第一椭圆移动方式移动。驱动器电路还最好在一个所选的、调制好的、预定的第二共振频率下谐振，当选定接触部分接合从动元件时，使振动元件导致选定接触部分以具有足以沿第二方向移动从动元件的振幅按第二椭圆移动方式移动。而且，可以将一个电阻器与电感器、压电元件和/或门电路元件连接，以将压电元件的一个输入电压维持在预定的运行参数之内。有利的是，二极管以某个方向连接到电阻器，以防止压电元件的负电压。
通过控制电路来实现的控制方法大致包括，放置一个与压电元件电气联络的控制元件和一个电感器，来改变电感器与压电元件之间的电信号，压电元件提供一个电容，起到一个开关谐振L-C电路的作用，以致，电信号可以以一个第一频率谐振驱动共振元件。有利的情况是，电感器是由共振器的一部分形成在共振器上。
而且，控制振动元件运行的方法包括，利用一个与压电元件电气联络的控制元件和一个电感器，以改变电感器与压电元件之间的电信号，压电元件提供一个电容，起到一个开关谐振L-C电路的作用，以致，电信号可以以一个第一频率谐振驱动共振元件。该方法最好进一步包括选择第一频率和配置振动元件，当选定接触部分与从动元件接合时，使振动元件的选定接触部分以足以沿一个第一方向运动从动元件的振幅沿一个第一椭圆路径运动。
有利的是，在第一频率下驱动压电元件的电压大于电路的供电电压。而且该方法包括，设置一个与压电元件电气关联的电阻器，以形成提供给压电元件的电信号。而且，该方法中，最好是环绕振动元件的一部分至少形成电感器的一部分。最后，电感器和压电元件最好提供一个电容，起到开关谐振L-C电路的作用，使得第二电信号能够在一个第二频率下谐振驱动振动元件，该第二频率是与共振元件的配置一起选择的，其设置旨在使当选定接触部分接合从动元件时，振动元件的选定接触部分以足以沿第二方向移动从动元件的振幅沿一个第二椭圆路径运动。
本发明还包括一种配置一个用于移动一个从动元件的振动系统的方法，允许从动元件通过一个预定的力，以一个预定的速度，按一个预定的方式进行运动。该系统具有一个振动元件的选定接触部分，周期性地与从动元件接合，来移动该从动元件，选定接触部分和从动元件，其中一个被弹性地压在另一个上，使选定接触部分与从动元件弹性接触。由一个弹性支撑来提供弹性接触，通过一个将电能直接转化为物理运动的振动源，使振动元件振动。振动元件包括安装在共振器中的振动源，选定接触部分位于共振器上。
该系统的配置方法包括规定一个希望的选定接触部分的椭圆运动，以产生一个希望的从动元件移动。振动元件和弹性支撑中的至少一个被配置为，使共振器以两个具有足够振幅和相位的模式振动，当由提供给振动源的第一信号在第一频率下激励振动源时，选定接触部分沿着一个椭圆路径运动。该椭圆路径充分接近于希望的椭圆路径，以实现可接受的从动元件运动。
该方法可以进一步包括规定第二个希望的选定接触部分的椭圆运动，以产生第二个希望的从动元件移动。振动元件和弹性支撑中的至少一个被配置为：使共振器以两个具有足够振幅和相位的模式振动，当由提供给振动源的第二信号在第二频率下激励振动源时，选定接触部分沿着第二个椭圆路径运动。该第二椭圆路径充分接近于第二希望的椭圆路径，以实现可接受的从动元件的第二个运动。振动源最好选择为包括一个压电元件。而且，可以配置共振器以产生希望的选定接触部分的运动，或者共振器与一个弹性支撑一起配置，以产生希望的运动。
当由第一信号驱动振动源时，选定接触部分沿着第一方向移动从动元件，此外，当由第二信号驱动振动源时，选定接触部分沿着第二方向移动从动元件，有利的是，如果采用一个第一频率的正弦信号时，选定接触部分进一步沿着第一方向运动，而且当以该第一频率为主，并与多个不同频率的正弦信号相叠加时，也可以沿着第一方向运动。在后一种情况下，第二信号与第一信号不同时发生，否则，如果两个信号同时发生，则第一和第二信号具有截然不同的振幅。
该方法进一步包括通过将压电元件压装进共振器的孔中，在系统运行期间，以压缩形式把压电元件放入共振器中。最好是向共振器壁施加超过其屈服点，但不超过其极限强度点的应力来实现这一操作。该方法进一步包括在基座和振动元件之间插入一个弹性元件，以在由第一频率激励期间，将振动元件弹性压在从动元件上。下面将更详细介绍实现上述特征和优势的进一步的一些方法。
本发明的一个进一步的方法包括采用具有一个置于共振器中的振动源的振动马达来移动物体的方法。该方法包括通过配置一个共振器，按照第一椭圆运动沿第一方向移动共振器的选定接触部分，同时以两种模式振动，这两种模式具有足够的振幅和相位，在向振动源施加一个单一电信号时，足以导致选定接触部分的第一椭圆运动。该方法还可进一步包括将选定的接触部分与从动元件弹性接触，来移动从动元件。此外，该方法还进一步包括将一个弹性元件与共振器连接，以将共振器弹性压在从动元件上。
该方法的其它方面包括选择一个振动源的压电元件，和通过压装将压电元件压入共振器的孔中，使压电元件处于压缩状态。孔最好由至少两个相对的壁来确定，当压电元件被压装入孔中时，壁上受到超过其弹性限度的压力。如果壁选择为弯曲的，则是有优势的。
当一个压电元件被用于振动源时，压电的固有电容有助于在使用简化的控制系统的同时仍保持系统的特性。一个控制开关可以激活驱动振动元件的共振器驱动器电路，至少一个储能元件，如一个电感线圈，电气地连接到振动元件上，当驱动器电路被激活时，来驱动振动元件。当电磁储能元件放电时振动元件增加电荷。当振动元件放电而驱动器电路没有激活共振元件时，线圈增加其自身电荷。这种结构基本上设置了一个与压电元件进行电气联络的控制元件和一个电感器，来交变电感器与压电元件之间的电信号，压电元件提供一个电容，起到一个开关谐振L-C电路的作用，因而，电信号可以以一个第一频率谐振驱动共振元件，在选定接触部分实现希望的椭圆运动。这样允许在第一频率下驱动压电元件的电压大于提供给控制元件的电信号的电压。可以采用同样的电路为压电元件的其它振动模式提供电信号。
而且，线圈可以安装在振动元件上，或安装在与振动元件相同支撑上。有利的是，线圈可以环绕振动元件的一部分。而且，线圈可以与压电元件串联或并联连接。此外，压电驱动器电路可以具有多个单向门电路，如二极管，可以与压电元件配对使用，防止或至少限制压电元件的负电压。在这些驱动器电路中，选择频率来实现希望的选定接触部分的运动。
本发明进一步包括对用于移动从动元件的振动装置的改进的制造和装配方面。在这些方面中，采用了一个将电能直接转化为物理运动的振动源。提供一个共振器，具有一个孔，该孔限定在至少两个相对的侧壁间，壁上受到超过其弹性限度的应力，以将振动元件维持在压缩状态。振动源处于孔中，运行中，在一个规定的预压之下由共振器将振动元件维持在压缩状态。有利的是，振动源被压装进孔中，并包含一个压电元件。如果侧壁是弯曲的，则可以实现进一步的优势。
而且，提供具有至少两个相对的倾斜边缘的压电元件是有益的，该边缘的位置应能够与孔的边缘接合，使得更容易将压电元件压装入孔中，同时减少压电元件的损伤。考虑到如果没有倾斜的边缘，压电元件和共振器可能发生损伤，特别希望减少这种损伤。最好有至少两个边缘，具有与相邻的限定孔的壁基本平行的二个相对的边缘表面，一个倾面由此延伸到与一个壁相邻的接触面，由该接触表面施加预压。
在一个实施方案中，一个共振器具有一个纵轴，从某种意义上讲，该纵轴相对侧的两个侧壁和该纵轴上的两个相对的端壁局部地确定了一个孔。通过相对的端壁，使压电元件处于压缩状态，每个侧壁被施加超过其弹性限度的压力，以使压电元件维持在压缩状态。共振器具有一个选定接触部分，当此处所描述的不同电信号激励压电元件时，按照第一椭圆运动移动。如果侧壁是弯曲的，并且至少一个端壁或与端壁接合的压电元件的两个相反的侧面具有倾斜的边缘，以便于将压电元件压装入孔中，其中把压电元件是压装在端壁之间，则是有优势的。侧壁可以是弯曲的，背离压电元件，或朝着压电元件弯曲。而且，支撑共振器的弹性元件的一部分可以插入在端壁和压电元件之间。
本发明还包括一种在一个共振器中将压电元件置于压缩状态的方法，其中共振器具有端壁和侧壁，由此确定了一个孔，该孔的尺寸设计为能够容纳压电元件并将其置于压缩状态。该方法包括增大相对端壁的距离，以足以允许压电元件在端壁之间受到一个力的压迫，该力本身不能在孔的原始状态下压迫端壁间的压电元件，由此将压电元件置于压缩状态，同时也向侧壁施加超过其弹性限度的应力。该方法进一步包括在至少一个端壁或相应的压电元件边缘上提供一个倾斜的表面，通过接合该至少一个倾斜表面，将压电元件压入孔中。
此外，本方法可以包括拉开相对的端壁同时将压电元件压入孔中。在一个进一步的实施方案中，该方法包括朝着彼此背离的方向弯曲的侧壁，迫使相对的弯曲侧壁彼此靠近，以便使端壁彼此远离，然后在端壁间放入压电元件。在另一个实施方案中，该方法包括朝着彼此靠近方向弯曲侧壁，迫使相对的弯曲侧壁彼此远离，以便使端部彼此远离，然后把压电元件压在端壁之间。也可以采用不同的方法，包括在压电元件和一个端壁之间放置一个压电元件的弹性固件。
提供将一个压电元件压装入共振器的孔中的配置也是有优势的。孔是由位于穿过该孔的轴向的相对两侧、相隔第一尺寸的侧壁，和该纵轴上、相隔第二尺寸的相对的端壁来确定的。压电元件的第一尺寸小于孔的第一尺寸，压电元件的第二尺寸大于孔的第二尺寸，当压电元件被插入到孔中时，侧壁的应力超过其弹性限度。当压电元件被对齐以插入到孔中时，压电元件在相应位置上具有对应于端壁边缘的倾斜边缘。上述不同的变化形式也可以用于该实施方案中，包括弯曲的侧壁、一个在使用中插入到一个端壁和压电元件之间的共振器弹性支架、和当压电元件被对齐，以插入到孔中时，至少一个在相应位置上与端壁边缘对应的倾斜边缘。
提供一个供压电激励器使用的共振器24也是有优势的。该共振器具有一个内壁连续的、可从外部进入的孔，其尺寸为可容纳压电元件或其它的振动源，并将其置于压缩状态。从某种意义上讲，该孔可以，但最好是，由相对的弯曲侧壁来限定。侧壁可以是朝着或背离孔和其中的压电元件弯曲的。侧壁最好是弯曲的，并在侧壁的实质性长度部分具有一个均匀的截面。一个实质性的长度包括一半以上的长度，最好更长些，理想情况为到达与端壁相结合的结合之前的整个长度。截面最好是矩形的。
尽管给出了本公开内容，但是对于本领域的熟练人员将会明显领悟到：可以采用更多的方法来实现上述的和后面讨论的特征和优势。而且，通过考察下面结合附图进行的描述，可以清楚地理解本发明的其它目的和特征，在所有的附图中，相同的编号表示相同的部件。
附图说明
图1显示的分别是本发明的第一个实施方案的一个设计侧视图、侧面透视图、端视图、和仰视图；
图2显示的是图1中的振动元件的俯视图；
图3显示的是图2的端视图；
图4显示的是本发明的第二个实施方案的透视图；
图5显示的是采用一个C夹板配置的本发明的第三个实施方案的侧视图；
图6显示的是驱动多个元件的本发明的第四个实施方案的驱动多个元件的透视图；
图7a显示的是本发明的包含一个压装的压电元件的振动元件的透视图；
图7b显示的是图7的振动元件在装配过程中的一个放大部分；
图8显示的是本发明的具有一个压装的压电元件的第五个实施方案；
图9显示的是压装实施方案的在形变前的俯视图；
图10显示的是由圆柱形楔件产生形变之后的图9的实施方案的俯视图；
图11显示的是图10沿11-11的截面图。
图12显示的是采用一个矩形楔件的图9的另一个实施方案的俯视图；
图13显示的是一个具有偏离共振器轴的压电元件的实施方案；
图14显示的是具有一个将压电元件的压力偏离共振器中心线的插件的实施方案；
图15显示的是一个相对于共振器的轴倾斜的压电元件的实施方案；
图16显示了一个实施方案，其中压电元件被放置在可选择地定位的惯性元件之间，并由螺纹紧固件压缩；
图17-19显示的是本发明的一个具有振动元件的转动支架的振动元件的悬挂配置；
图20-21显示的是本发明的一个具有弹性支架的振动元件的悬挂配置；
图22显示的是本发明的一个具有转动支架的振动元件的悬挂配置；
图23-24显示的是本发明的振动元件和从动元件的配置，其中两个部件的纵轴处在平行但偏离的平面上；
图25显示的是本发明的振动元件和从动元件的配置，其中两个部件的轴倾斜一个角度；
图26为图25的配置的端视图；
图27-29显示的是位于相对于从动元件的平面平行但偏移的平面上的两个振动元件的配置；
图30显示的是位于相同平面上的两个振动元件的配置，该平面偏移于包含从动元件的平面；
图31显示的是两个振动元件和一个从动元件的配置，振动元件位于从动元件的上面和下面，相对于从动元件倾斜一定的角度，并相互面对；
图32显示的是两个振动元件和一个从动元件的配置，振动元件位于从动元件的上面和下面，相对于从动元件倾斜一定的角度，并面向同一方向；
图33显示的是两个振动元件和一个从动元件的配置，振动元件位于从动元件的同一侧面，相对于从动元件倾斜一定的角度，并面向同一方向；
图34显示的是两个振动元件和一个从动元件的配置，振动元件位于从动元件的同一侧面，相对于从动元件倾斜一定的角度，并彼此面对；
图35显示的是两个振动元件和一个从动元件的配置，振动元件位于从动元件的相对的侧面，相对于从动元件倾斜一定的角度，并面向同一方向；
图36为图35的配置的端视图；
图37-40是三个振动元件和一个从动元件的配置；
图41是六个振动元件和一个从动元件的配置的正视图；
图42显示的是图41配置的左侧视图；
图43显示的是本发明的选定接触部分的椭圆运动图；
图44-51显示的是影响图43所示的接触部分的椭圆运动的不同方面的图解表示；
图52显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件在共振器上具有一个处于共振器中的槽，该槽位于用于容纳压电元件的孔的表面相同的共振器表面；
图53显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件在共振器上具有一个槽，和一个具有弯曲端部的孔，用来容纳压电元件；
图54显示的是一个在共振器上具有更宽的槽的振动元件的透视图；
图55显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件在共振器上具有一个处于共振器中的槽，该槽位于与形成用于容纳压电元件的孔的表面不同的共振器表面；
图56显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件具有一个“H”形的孔，来容纳压电元件；
图57显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件在共振器上具有一个槽，该槽确定了两个横梁，压电元件位于一个横梁上；
图58显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件在共振器上具有一个孔，来改变振动元件的性能；
图59显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件在共振器的近端具有增大的质量；
图60显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件的四个侧壁确定了放置压电元件的孔；
图61为一个振动元件的截面，该振动元件将压电元件包围在共振器的一个空穴中；
图62显示的是一个振动元件的透视图，该振动元件具有与一个从动元件接合的几个选定接触部分；
图63-66为向本发明的振动元件提供电子信号的系统的电气示意图；
图67为一个具有特殊配置的端部的压电元件的设计侧视图；
图68为图67的压电元件的透视图；
图69为用来形成图67-68的压电元件的模具的侧面剖视图；
图70为本发明的一个进一步的实施方案的振动驱动元件和振动从动元件的示意图；
图71-72为几个定位检测配置的示意图；
图74显示的是本发明的共振器元件横截面；
图75显示的是具有弯曲的弹簧悬挂系统的振动元件的示意图；
图76显示的是一个将压电元件压装进共振器的孔中的顺序；
图77显示的是本发明的压电马达装置牵引安装过程；
图78显示的是本发明的压电马达装置的一个进一步的实施方案；
图79-81显示的是本发明的进一步的实施方案，其中，线圈是与马达或马达组件集成在一起或连接在一起；和
图82显示的是本发明的选定接触部分的运动。
发明详述
下面将描述本发明的马达的几个实施方案，随后描述马达的若干个理论和实际应用和设计方面。参考图1-3，正如在不同地方详述的那样，压电马达装置20具有一个将电能转换为宏观物理运动的元件。这是通过使用一个单一电信号在振动元件的预定位置产生至少两个振动运动来实现的。该至少两个振动运动在预定的位置产生一个椭圆运动。选择该椭圆运动，使振动元件在相应于沿着椭圆的长轴方向移动所对应的至少一部分移动的时间移动的内与从动元件接合，在对应于相反方向移动的时间内脱离从动元件。一个第二单一频率产生一个相反方向的第二椭圆运动，以朝着一个相反的方向移动从动元件。该希望的运动被用来确定所需的椭圆运动，系统的不同部件被设计用来实现该运动。采用一个单一频率来产生椭圆运动以及最终设计的简单性允许获得一个低费用、高可靠性的马达。
马达装置20具有一个将电能直接转化为物理运动的振动源22。该振动源22最好是一个压电元件，并包括一个压电材料块，或一个多层压电，使得不同元件的运动可以组合起来，以增加一个希望方向的移动。压电22的形状可以变化，但使其纵轴25沿着其最大运动方向是有利的。压电22被安装在一个共振器24上，最好是被安装在其内部。压电22和共振器24包括一个振动元件26，或马达26。
压电材料是首选的，因为它对施加电压的反应迅速。当对于一个给定的电压，尽管在压电长度方向上所产生的偏差很小，约为压电长度的.1％或更小，并且在其它方向上更小，但所产生的力是较大的，因而可以实现振动共振。
最好源22还可以包括电致伸缩的材料、磁限材料(如Terfenol)、或其它可用来激励振动的材料。振动源22最好包括将电能直接转化为物理运动的材料或装置。为了便于参照，此处振动源22将被称为并被描述为压电22。
为了避免混淆马达26和马达装置20，在多数情况下，术语“振动元件26”用于表示压电元件22和共振器24的组合。
共振器24可以具有不同的形状，但是被说明为具有一个矩形截面的矩形形状。为了在共振器内部安装压电22，益于在共振器24中形成一个空穴或孔28来安装压电元件22。如图所示，把孔28描述为贯穿共振器24的一部分，以形成一个矩形的孔，其侧壁29确定了孔28的侧面，该侧壁位于贯穿孔28的纵轴的相对的两侧，端壁31位于贯穿孔28的纵轴上。因此，有利的是，围绕孔的连续内壁确定了孔28。为压电22提供适当的电气连接，可以包括不同类型的电气连接，但均用导线30来说明。
在一个不受约束的压电22上施加大电压可能会损坏压电。因此通过端壁31将压电22至少沿其纵轴置于压缩状态放置是有利的。这样还会产生一个预压，优化了压电的使用寿命和性能。但是如果使用其它不需压缩或压缩无益的振动源，则使用一个压缩力是没有必要的。后面将讨论几种压电元件22的预压方式。
为了更容易将压电元件22以压缩状态放置，有利地，令孔28在压电22的纵轴的相对两侧，和最好在该轴的相对两端都是封闭的。这种配置提供了能够用于压缩压电22的相对的表面。一种预压压电22的方法是通过共振器24的近端35上的一个带螺纹的孔，可移动伸长一个螺丝32，使得螺丝的末端可以移动，朝着共振器24上的孔28的一端压缩压电22。由于压电材料比较脆弱，在螺丝32的末端和压电22的邻近端部之间插入一个保护帽34。该保护帽34由一种保护材料制成，允许旋转螺丝32来压缩压电，而不会使压电22断裂或压碎。最好是金属帽34，但为了最大限度地避免旋转螺丝32给压电22造成损伤，提供某种润滑油或旋转调节设计是有利的。可以采用其它的没有螺丝和/或保护盘的压电22的箝固方法，如孔28的膨胀或收缩方法。下面描述了其它的方法，对于那些本领域的熟练人员，给出了本公开内容之后，其它的方法将是显而易见的。
当向压电元件22施加一个电压时，在一定程度上，通过拉长截面较小的侧壁29，压电元件可沿着纵轴25延伸，使得振动元件26也在长度上延伸。压电22的振动在振动元件26中激励一个纵向模式，使得与螺丝32相对的末端36沿着纵轴25来回移动。除了该纵向运动之外，还将激励振动元件26的横向于纵轴25的弯曲模式。对于所说明的实施方案，第一个优选弯曲模式出现在由箭头38表示的方向上，在图1中所示的纸平面中与纵轴25垂直。第二个优选的横向弯曲模式发生在一个与图1所示的纸平面垂直的轴上，由轴40表示。实际中，振动模式通常为几种不同模式的组合，包括沿着或围绕多个轴的运动和旋转。
有利地，把本发明的部件的配置为，不同的模式都是在或非常接近其相应的谐振频率下激励的，以便增加沿着纵轴25和最好仅沿着横轴38、40中的一个轴的运动振幅。如后面所讨论的，可以通过相对于共振器24不对称地放置的压电元件22，或者通过在振动元件26上一个不对称放置的质量，或者通过一个压电元件22的支架，或者通过将共振器24定形为产生希望的横轴方向的共振，或者通过其它的机理来激励横向弯曲。后面讨论了其中的一些形式。
在图1-2所示的实施方案中，沿着横轴38的运动最好充分大于沿横轴40的运动。充分大于是指一个3倍，最好是10倍的差别。
一个从动元件42被放置在与振动元件26的一个选定接触部分44相接触的位置。如图1-2所示，该选定接触部分44包括振动元件的一个边缘，尽管可以采用其它的位置。如这里所用的，除非有另行加以说明，否则术语“边缘”应当理解为包括一个多个表面汇集的角，例如，在一个矩形截面的连杆的角处，三个二维表面会聚于此(三个边缘会聚于此)。而且，除了一个边缘，也可以采用其它形状的接触面。例如，可以采用倾斜一个角度的斜面，使接触面44与从动元件42的接合面进行平面接合。已知本公开的内容，可以得到多种配置，来保证接合面44可提供移动从动元件42所需的接合。
正如所说明的那样，从动元件42包括一个具有矩形截面的连杆，尽管可以采用从动元件的其它形状。振动元件26的中心线25和连杆42的中心线45在同一平面上，相差一个约30°的平面角度α。中心线25、45的方向和角度α将随着实际的应用而变化。角度α是很难通过分析来确定，最好根据马达的设计来调整。通常该角度是在10°-80°之间，最好是在20°-60°之间。支撑从动元件42，以便使其能够沿着从动元件42的纵轴45移动。支撑该从动部件，使其能够相对于振动元件26移动，在该说明性实施方案中，振动元件处于实际静止状态。如下面更详细的解释，从动元件42沿着轴45平移。
正如所说明的那样，可以通过轮子46实现从动元件42的支撑，该轮子为沿轴45的运动提供了一个低阻力。这里，这种支撑是通过在轮子46上放置一个与杆状从动元件42的弯曲侧面相邻的倾斜面并随着沿轴45的平移旋转来实现的。轮子位于从动元件42的与选定接触部分44相反的侧面上，而接触部分44位于沿轴45方向的两个轮子46之间，这样轮子46和选定接触部分44抑制了从动元件42在除沿轴45方向以外的所有方向上的运动。还可以采用轮子的一个与转轴65同中心的平面边缘使轮子46与从动元件42接触，如图75所示。轮子46还可以具有配置为与从动元件42的相邻部分的配套形状接合的外围轮廓，以便恰当支撑和引导从动元件42。给定本公开内容，对于那些本领域的熟练人员而言，显而易见，可以采用不同的可移动支撑配置。
有利地，将振动元件26弹性压在从动元件42上，图1-2显示了多种实现这一点的方法中的一种。选定接触部分44的椭圆运动100最好是一个不受限的运动，不论接触部分44是否与从动元件接合，都能发生，而且不用依靠被压在从动元件上时所产生的阻力来实现。然而，将选定接触部分44弹性压在从动元件42上是有利的，以便加强驱动和从动部分的驱动接合。
一个由扁平伸长弹性材料制成的弹簧50被弯曲成“L”形状，具有两个端部50a和50b。弹簧的第一个端50a被紧固在基座52上。弹簧的第二端部50b被紧固在振动元件26的端部上，螺丝32穿过该端部，弹簧50的端部50b中有一个孔，允许螺丝穿过。包含端部50a的弹簧50的第一个脚大体与振动元件26的轴平行，包含端部50b的弹簧50的第二个脚大体与轴38平行，两个脚之间彼此相互垂直。弹簧50在选定接触部分44处将振动元件26弹性压在从动元件42上。端部50a和50b处支架位置的振动可用于改变预压，利用该预压将振动元件26弹性压在从动元件42上。如后面所讨论，可以对弹性元件50的形状、截面、位置和形式上加以改变，并可将这些变化用于实现希望的振动模式。
弹簧50被设计用于优化振动元件26的振动特性，以及提供足够的机动范围，保证从动元件42和振动元件26之间的接触。这一接触和一个规定范围的接触压力应该在整个马达装置20的整个使用寿命期间保持不变。弹簧50有利于补偿制造的容差和不确定性，也可对可能减小振动元件26在选定接触部分44处的尺寸的磨损加以补偿。
如下面进一步的讨论，在运行期间，振动元件26可以仅在部分时间里由于振动而触及从动元件42，在这种情况下，弹簧50最好设计为能够保证适当的接合。可以利用弹簧的弹性常数和位置来调节接触和非接触时间的百分比。这样允许设计者能够配置马达装置20，以保证接合部分44和从动元件42之间的最终的接合具有足够的力，来移动从动元件42，并使从动元件42以足够的力实现希望的马达装置20的目标。而且，将由支架系统来调节影响选定接合部分44和从动元件42之间接合的尺寸变化，如弹簧50，弹性压迫接触部件进入接合状态。这一制造容差的灵活性允许减少制造费用以及校准容差和费用。
在图示的实施方案中，轮子46都是可转动地安装在与基座52连接的轴上。已知本公开内容，也可以采用其它安装从动元件42的方案。例如，基座52可以支持一个或多个最好能在其中放置直线轴承的具有对准的孔的设计，其中最好能在对准的孔中放置线性轴承，伸长的从动元件从这些孔中穿过。这一配置允许一个伸长的从动元件42沿着一个轴平移，而抑制了其它的运动。马达可以小到25×25×25mm2，甚至更小。
运行：
主要参考图1-2，当一个具有适当频率、波形和电压的电信号被施加到压电元件22上时，振动元件26开始移动连杆42。对于所示的实施方案，优选的波形为正弦波和矩形波。所产生的线性运动方向由频率来决定。例如一个在约35kHz下运行在一个方向，而在60kHz下运行在另一个方向的马达装置20被认为适合于多种可能的应用。也可以采用其它的频率对，并将根据多个与马达装置20的设计相关的因素而变化。可以通过改变各部件的设计来改变运行频率，选择人或大多数的宠物听不见的运行频率。运行电压将随着所用的压电22或其它振动源的类型而改变。一个运行在峰-峰值为6伏的多层压电22被认为是适用于各种各样的应用。
压电元件22的振动以这样一种方式使振动元件26振动，使得选定接触部分44相对于从动元件42进行一个椭圆运动。如下所述，在一个第一频率下激励的压电22的振动以这样一种方式使振动元件26振动：使得选定接触部分44相对于从动元件42进行一个第一椭圆运动110a。该椭圆运动是通过使第一信号激励共振器24的两个共振模式，产生希望的椭圆运动100a来实现的-最好无需与从动元件42的接合即可实现这一椭圆运动。如图1所示，该第一椭圆运动100a将从动元件向右侧移动。
而且，在一个第二频率下激励的压电22的振动以这样一种方式使振动元件26振动：使得选定接触部分44在一个与椭圆运动100a不同的方向和取向上，最好是(但可选地)与椭圆运动100a相反的方向上，相对于从动元件42进行一个第二椭圆运动110b。如图所示，该第二椭圆运动是顺时针的，将以一个相反的方向把从动元件移向左侧，如图1所示。通常，椭圆运动100a和100b是不重叠的，而是具有不同的长轴和短轴、振幅和方向。理想情况下，椭圆移动100a和100b重叠。最好无需将选定接触部分44与从动元件42接合即可实现椭圆运动100a和100b。
这样，当振动源是由第一信号激励时，选定的接触部分44按照第一方向移动从动元件42，当振动源是由第二信号驱动时，选定的接触部分44按照第二方向移动从动元件42。但有利的情况是，当施加一个第一频率的单一正弦信号时，选定接触部分44进一步按照第一方向移动。而且，当以第一频率为主，还叠加了多个不同频率的正弦信号时，选定接触部分44还能够按第一方向移动。在后一种情况下，第二信号与第一信号不同时发生，或者两个信号同时发生，但第一和第二信号具有截然不同的振幅。采用不同的信号，10倍的振幅被认为是充分不同的，最好是振幅相差100倍或更多。结果是可以通过一个简单的正弦信号实现椭圆运动100。或者，也可以通过不同频率的复合信号-如叠加产生锯齿波的多个频率来实现。
在选定接触部分44与从动元件42驱动接合期间，认为椭圆移动100包括一个将振动元件26弹性压在从动元件42上的阶段，和一个不同情况的阶段。利用振动元件26和从动元件42之间的摩擦力，将具有沿从动元件的纵向轴45方向的振动元件的运动分量部分地向从动部件42移动。在第二个阶段，振动元件26按相反的方向移动。在这一第二个阶段，振动元件不转移任何平行于轴45的运动分量，因为没有将振动元件26弹性压在从动元件42上。
与其它振动马达设计相比，可以认为所需的制造容差很宽松，因此不需精确的制造工艺，在接触和不接触状况之间交替转换。通过设计，特别是包括弹簧和振动元件26的质量的设计来建立必要的平衡。
因为高频(超过30kHz)和微幅运动使得实际确定接触是很困难的，也可以认为振动元件26与从动元件42之间是始终接触的。在这种情况下，可以认为接触部分44的椭圆运动仅在一个方向上，或者主要在一个方向上提供一个合力，因此沿该方向驱动从动元件42，由此产生的选定接触部分44上作用力的差会导致从动元件42的运动。下面进一步讨论这一椭圆运动和若干设计方面。
无论采用何种实际的机理，从动元件都进行一个直线运动，运动的方向由振动元件26的选定接触部分44的运动来决定。如果该接触部分进行一个逆时针的椭圆运动，则从动元件42将向右侧移动，如图1所示。如果该运动是顺时针的，它将向相反方向移动。
振动元件26可能还将被激励为沿着轴40移动，导致圆柱形杆状从动元件42的旋转。根据选定接触部分44的运动的相对振幅和取向，以及与从动元件42的接触，如果适当配置轴承支撑，可以同时产生平移和旋转。
参照图2，可以进一步选择具有最大运动的轴为纵轴25，而选择横轴40具有次最大的运动，而且是仅有的其它显著的运动。在这种情况下，马达装置20导致杆状从动元件42围绕纵轴45的旋转运动。为提供该旋转运动，选定接触部分44必须提供一个椭圆运动，而且其运动的一个实际部分是在一个通常与从动元件42的轴45垂直的平面上，以便将旋转运动传递给从动元件。旋转的方向也是取决于选定接触部分44进行椭圆形运动的方向。
而且，可以选择具有两个最大的运动，并且是仅有的显著运动的轴为横轴38、40，仍是以某种方式产生选定接触部分44的椭圆运动，即在选定接触部分44的一部分运动时间内接合从动元件42使其围绕纵轴45旋转，在另一部分运动时间内，充分脱离，防止运动或明显的不利运动。
图4所示的是另一个实施方案，其中所安装的由振动元件26驱动的不是伸长的从动元件42，而是可旋转的轮子60，振动元件26的一个部分与位于轮子60的适当位置上的从动表面62相接触。在该实施方案中，轮子60被装配成围绕一个轴承上的转轴65旋转。从动表面62最好与从动表面62a一样，被放置在位于一个与转轴65垂直的平面上的轮子的侧面64上，或者沿着一个与轴65同轴的表面放置。轮子60可以包含多个元件，包括一个齿轮。振动元件26的选定接触部分44与从动表面62接合，使轮子60围绕转轴运动。轮子60将以一个与环绕接触部分44运行的椭圆路径的接触点的运动相反的方向旋转。因此，如果振动元件26的接触部分44是顺时针运动的，轮子60将逆时针运动，这样，当轮子和振动元件上的接触部分相接触时它们共享相同的运动，而它们本身的运动是相反的。
图5显示的是一个进一步的实施方案。马达装置20具有一个振动元件26，振动元件26包含一个C形夹74的共振器24。压电元件22被安装在该C形夹中。为了传播运动，一个第一电信号使压电元件22在振动元件26中移动，从而导致接触部分44沿着第一椭圆路径100a运动。
压电元件22通过螺丝32夹紧，螺丝32穿过脚73，朝着插件盘34方向推压，在压缩盘34和C形夹共振器74的一个相对的脚75之间的压电元件22。这种夹紧产生压电元件22的预压，提高了，更可取的是优化了压电元件22的使用寿命和性能。
压电元件22安装在其间的C形夹的脚73和75可以具有相似的刚度，但是采用不同的刚度是有优势的。一个脚73的刚度至少是相对的脚75的刚度的10倍。较易弯曲的脚75以比刚性较大的脚73大的振幅振动。选定接触部分44最好位于刚性较小的脚73上，以便实现选定接触部分44的较大的运动振幅。而且，在这种配置中，脚73被置于弯曲应力状态，最大的应力靠近脚的内端。靠近这一位置可放置一个凹口77，以便定位该弯曲的位置，使得脚75以凹口77为轴转动。
一个弹性元件50具有一个与基座52相连的第一端50a和与振动元件76相连的第二端52b，使振动元件保持和从动元件42的接触。图中显示，第二端52b连接到螺丝32的头部，尽管可以采用其它形式连接到共振器76。在该实施方案中，弹簧50被显示为一个拉伸的螺旋弹簧。由一个销78穿过孔80钉入基座52，松散地安装共振器74，使得共振器74能够以销78为轴转动。销78偏离弹簧50的作用线，因而能够将选定接触部分44弹性压在从动元件42上。
在图示的配置中，弹簧50处于拉伸状态。弹簧50提供一个足够的挠性范围，以保证从动元件42和振动元件74的接触。在马达装置20的整个使用寿命中有利地维持了该接触和规定范围的接触压力。弹簧50被有利地设计为补偿制造上的不确定性和可能减小振动元件76在选定接触部分44处尺寸的磨损。
为了防止从动元件42与振动元件76分离，如前面讨论的，提供了与基座52相连的轮子46。或者，可以为基座52装配具有孔的侧壁80，从动元件42穿过这些孔，以便支撑从动元件，同时允许从动元件沿其希望的平移轴移动。有利的情况是，把侧壁80中的孔设计成可减小摩擦，因此可具有支撑从动元件42的线性轴承。如果扩大侧壁80上的孔，使其不是永久地与从动元件42接触，则它们就被用作辅助的轴承，防止外力将从动元件42强行推入振动元件26，强行推入可能会损坏振动元件26及其悬挂。
当一个具有适当频率、波形和电压的电信号被施加到压电元件22上时，振动元件46开始移动从动元件42。所产生的线性运动方向由频率来决定。如下面的进一步的讨论，改变马达装置20的不同部件的配置可以改变运行频率。在图示的例子中，采用了一个多层压电元件，这一多层压电元件可以使马达装置20运行在6伏的峰-峰值下，来驱动一个圆柱形连杆44。
在一个第一频率下，压电22的振动使振动元件76以这样一种方式振动：使得选定接触部分44相对于从动元件42进行一个第一椭圆运动。椭圆移动包括一个把振动元件76压在从动元件42上的阶段，和一个不同情况的阶段，如下面的更详细描述。如果选定接触部分44沿着图示的一个逆时针的椭圆路径100a移动，则从动元件42将向右移动，如图5所示。
有利的是，在一个第二频率下激励的压电22的振动以这样一种方式使振动元件26振动：使得选定接触部分44在一个与椭圆运动100a相反的方向上，相对于从动元件42进行一个第二椭圆运动110b。如图所示，该第二椭圆运动是顺时针的，并将以一个相反的方向移动从动元件42，如图5所示的向左的方向。通常，椭圆运动100a和100b是不重叠的，而是具有不同的长轴和短轴、振幅和方向。理想情况下，椭圆100a和100b重叠。可以配置振动元件26，使得该第二椭圆运动100b处于不同的方向，例如，旋转一个从动元件42。
更详细地，压电元件22的振动使振动元件76开始围绕销78振动，这使接触部分44具有沿着其椭圆路径100的一个上下运动和前后运动。该上下和前后运动是不同相的，由此接触部分44具有一个沿着路径100a和100b路径之一的椭圆运动。这就使得杆状从动元件42开始运动。通过接触部分44和从动元件42的相互作用，可以导致振动元件76的旋转，可以将其看作是关于销的角动量守恒。
图5的振动马达26可以与图4中所示的旋转从动元件一同使用，并可以用于其它驱动装置中。
图6显示了一个进一步的实施方案，其中，振动元件26是以静止方式安装的，将从动元件42弹性压在振动元件上。如果从动元件42是伸长的，特别是，如果包含一个连杆或其它的灵活结构，仅将从动元件压在振动马达26上就可以弹性驱使部件接触。这需要支撑从动元件42，以致于可以由从动元件的可曲性本身提供一个这样的弹性支撑。否则，必须为从动元件42提供一个弹性支撑，或可以除从动元件的可曲性之外，再提供一个弹性支撑。利用弹簧50a和50b概要说明了这种弹性支撑，其中弹簧弹性压在振动元件26的接触部分44a和44b上。
在该实施方案中，利用一个特定的形状来配置振动元件26，以致有多于一个，最好是有多个选定接触部分44a，44b，...44n。能够采用振动元件26的不同部分来产生一个希望的椭圆运动100，该椭圆移动是由一个特定频率下激励的自由振动模式产生的，这样能够得到多种配置方案。对于几个独立的激励频率中每一个频率，一个不同的选定接触部分44可以以一个预定的椭圆运动100共振。或者相同的选定接触部分44可以在一个不同的激励频率下共振，以产生一个椭圆运动，但是具有不同的方向。该椭圆运动最好是方向相反，将从动元件的运动反向，但也可能是根据用户要求的其它运动。结果，几个被弹性压在独立的相应选定接触部分44a-44n上的从动元件42a-42n可以可以单独控制。
例如，可以通过在选定接触部分44a和44b处分别产生适当定向的椭圆路径100a和100b，使一个从动元件42a平移，而另一个从动元件42b旋转。最好是利用压电元件22的一个单一激励频率来产生椭圆路径100a和100b，该频率导致充分共振的振动，来产生椭圆路径。或者，可要求一个第一激励频率来产生图示的运动100a，一个第二激励频率来产生运动100b。由压电22提供的其它激励频率也可以用来改变椭圆运动的方向，以一个相反的方向运行。
而且，当接触部分44a和44b是位于振动元件26的末端36时，接触部分44在振动元件26上可以处于不同的位置和方向。这可通过从接合部分44n和从动元件42n来加以说明，其中从动元件42n是旋转的(如驱动一个齿轮)或沿其纵轴平移。
图62的实施方案进一步说明了这些特征，图62表明选定接触部分44不必出现在振动元件26的末端36。在图62中，振动元件26在元件的纵向长度方向上沿着元件的外围具有一个或多个选定接触部分44e。另外的一个或多个选定接触部分44f位于振动元件的一个相对的表面上。选定接触部分44最好包含在振动元件26圆周部分上延伸的略微向上升高的区域。一个诸如圆柱形轴的从动元件被放置在与接触部分44e相接触的位置。在图示的实施方案中，振动元件26和从动元件42的轴25和45是对齐的，并且是平行共面的，但不需一定如此。
当以一个第一频率激励振动元件26时，接触部分以一个椭圆路径100a振动，使从动元件42沿一个第一方向运动。接触部分44e沿着一个与接触部分44f的椭圆路径相反的椭圆路径运动。为了转换从动元件42的运动，将接触部分44f和从动元件42相互接触。这可以通过移动振动元件26和从动元件42中的一个或两个来实现。在该说明的实施方案中，振动元件26的一个旋转就足够了。因而，一个单一激励频率可以产生从动元件42的相反方向的运动。这一实施方案还表明振动元件26和从动元件42间的接触可以是多点接触。不限于单点接触。例如，这还允许仅使用一个轴承在2-4个点上将一个从动杆42压在振动元件26上。增加接触部分44的数目可以增加与从动元件42的摩擦接合，允许一个更大的作用于从动元件42的动力，因而允许从动元件42产生更大的作用力。
或者，可以将一个以上的从动元件42与振动元件26的不同部分44接触，实现每个从动对象的不同运动。而且，可以将振动元件26压在一个静止的表面上，并通过选择不同的接触部分44(如44e或44f)，在该表面上以不同的方向移动振动元件和与振动元件相连的任何物体。
预压的马达配置
许多情况下，使用多层压电元件22是有利的。元件22最好是截面为矩形的形状，但也可采用其它形状，如方形、圆形或其它形状。压电元件22包括层层叠放的具有印刷电极的压电材料层。通常，通过制作一个大的层叠板，压切形成多个单一压电元件，同时制作出多个压电元件。
这种制造方法的结果是，压电的机械输出区域通常与电极层面平行，也是平的。为了使用多层压电元件，通常采用机械预压。这样，防止了动态移动中压电元件的脱层，从而增加了压电的使用寿命，而且还优化了压电元件22和把其安装在其中的共振器24的接触。结果是，由压电元件22所产生的机械运动通过该接触区域有效地传递给共振器。
具有不同的产生预压的方法。可以采用具有两个部分的共振器24。通过在共振器的两个部分之间插入一个压电22和压缩的弹簧，然后将两者焊接或紧固在一起，利用弹簧来产生预压。通过这种方法产生一个永久的预压。
图1显示了另外一种产生预压的方法，其中最好是通过使一个共振器24在压电元件22上产生一个压强来实现预压。该压缩保证了将压电元件22的振动传递给共振器26和选定接触部分44。该压缩还起码避免了当施加高电压时对压电元件产生的损伤。压强等于压电元件22上的轴向力除以该力作用的面积。这一面积是压电元件22和共振器26的毗连部分之间的接触面积。因为该接触面积可能很难测量，所以采用压力而不是压强作为特性参数更为直接。
当没有电流通过压电元件22时，作用于压电元件22上的力包括：一个等于侧壁29上反作用于预压的轴向力的静态预压，和一个由于将接触面44压在从动元件42上所产生的接触力的负载分量。当一个波动电流流过压电元件22时，所有这些压力都是波动的。
可以对齐压电元件22，使得压电元件22上的预压处于压电元件22的最活跃方向上。尽管这对于振动马达26的运行而言不是必须的，但这一配置会产生最高的效率。对于图1所示的梁型振动元件26，最大的运动最好出现在与纵轴25对齐的3-3方向上。
这里所描述的在压电元件22上产生预压的方法包括(1)利用一个螺纹紧固件或其它的压缩机理装置将压电元件22箝固在共振器24上；(2)采用一种类似于轴的压装方式，用压力将压电元件22压入马达的孔中；(3)二者的组合。也可以采用其它的预压装置。下面的公开内容将进一步阐述迄今所描述的螺纹紧固件，然后讨论某些压装装置和方法。最后描述一种基于楔件的方法和以上方法的改动。
带螺纹的预压装置和方法：
图1和5说明了一种将在下面进一步描述的螺纹紧固件预压方法和装置。配置共振元件26，以形成一个容纳压电元件22的孔、空穴或孔28。该共振器可以具有不同的形状，例如截面为圆形、方形、矩形或多边形。孔28在各维度上均大于压电元件22。螺纹紧固件32穿过一个静止物体中的孔，以便允许紧固件32的末端朝着共振器24压缩压电元件22。有利地，螺纹紧固件32穿过一个共振器上的带螺纹的孔直接与盘34邻接，将其压在压电元件22上。
一旦组装了部件，可以通过旋紧紧固件32实现压电元件22的预压。可以通过将紧固件旋紧到一个已知的转距来近似计算预压。螺纹紧固件32不需与压电元件22的纵向轴对齐，而是可以以多种方式偏移，以便上紧螺纹紧固件32使两个物体彼此靠拢，来压缩共振元件22。可以采用多种其它的装置使压电元件22处于压缩状态。其它的预压装置将在后面讨论。
单一轴向施压的压装预压装置和方法：
参考图7a来描述压电元件22的压装的几个方面。配置共振器24，使得在共振器上形成用于压电元件22的孔28，侧壁29确定了孔的侧面。在压电元件22的轴向方向上，孔28略小于压电元件22和其它将被压入孔28中的元件的组合长度。所需的共振器24和将被压入孔中的部件之间的过盈取决于所有部件的几何形状和尺寸，还有共振器24的制作材料的弹性应变。
参考图7b，可以将压电元件22直接压入共振器24中。
通过提供一个锥形的表面82，这在孔28的啮合部分形成至少一个压电元件22的邻近边缘和共振器24的一个端面之间的倾斜接触区域，很容易完成压装。该倾斜的表面82避免了一个偏移的邻接型的过盈，并在压装的起始处，提供一个可滑入的过盈。后面将讨论一种实现压装的改进方法。这种预压装置和方法在压电元件22的接触表面产生很大的剪应力。因为压电材料很脆弱，可能导致压电元件22碎裂。为了避免这些剪应力，和保护压电元件22，可以同时压入两个不易碎的，材料片84(图7a)，例如金属，最好为钢材料片将压电元件22夹在之间。金属片84可以由不同的适于压电元件22和振动元件26的配置的形状。有利的是，保护帽84还可以用于引导压电元件进入孔28，由此省去了对任何部件的锥形化的需求。有利的是，材料片84之一包括将振动元件26与底座52相连的弹簧50的端部50b。
当将压电元件22和端部保护器84插入到孔28中时，侧壁29被拉伸，以容纳较长长度的元件22和端部保护器84。伸展的侧壁29起到弹簧的作用，并维持压电元件22的预压。理想情况下，可以通过获知侧壁29的截面尺寸和确定一个引起侧壁29弹性应变并由此得到该侧壁的应力和预压的过盈，来规定压电元件22上的预压。于是预压为该应力与侧壁29的组合的截面积的乘积。
遗憾的是，这种方法是不现实的，因为一英寸或更小长度的小型压电元件26所需的过盈可能过小，在0.0001英寸的数量级，超过了合理成本的传统的机加工工艺所能够获得的容差。较大的振动元件可能具有较大的预压，要求较大的尺寸，但是实现这些尺寸所需要的精确度可能同样需要较小的容差，因此也需要高费用的机械加工或打磨。这些问题的产生部分是由于在压电元件22的伸缩过程中，当侧壁29处于应力应变曲线的弹性部分并起到一个弹簧作用时，小的过盈差异会导致较大的预压差异。
由于这些缺陷，希望振动元件26和孔28之间的长度的过盈足够大，使形成孔28的侧壁29受到超过其屈服强度但低于其极限抗张强度的压力，该力具有低于其疲劳强度的足够的数值，以提供一个可接受的产品寿命。当受到超过屈服强度的压力时，侧壁29提供了一个相对安装的预压，尽管孔28，或压电元件22，或端部保护器84的尺寸可能变化。这允许较宽松的制造容差，并使制造大为简化，费用显著降低。
从屈服点一直到侧壁29开始缩颈的点之间的应力应变曲线的敏感部分可用于实现希望的预压。在屈服点之后和缩颈点之前出现的有用的应变部分出现的，至少比应变的弹性部分大10倍。这种情况适用于对于共振器24来讲是优选材料的非铁材料，其中铝是最优先选择的非铁材料。也可以采用铁类金属和一些非铁金属材料。
这种方法显著放宽了所需的振动元件26和孔28之间的过盈配合的容差。而且，屈服点以上的应力应变曲线的斜率远小于弹性部分的斜率。因此，预压也将不过分依赖于过盈的数值。采用这种方法和设计，对于图示的配置，可以用屈服强度与侧壁29的截面积的乘积来估算预压。其它的配置将需要其它的计算方法，但对于本领域的熟练人员而言，这种计算是很清楚的，因此在此不做详述。
与采用螺纹紧固件来预压压电元件22的方法相比，该压装方法具有几个优势。由于压装和接触面积较好确定，压电元件22的性能具有较好的可重复性。而且，可以很容易地计算压装压电元件22的预压，而且不过分依赖于制造容差。因为由于可以利用端部50b将压电元件压装到孔28中，不需要独立安装在振动元件上的弹簧50，该压装方法还减少了马达部件的总数量，此外，由于没有了对螺纹紧固件32的需要及其在安装上的不确定性和振动中的松动，振动元件26的组装是很容易的。省去了螺纹紧固件32还消除了对有内螺纹的孔的需求，减少了制造的费用。
图1中显示的振动元件26在与孔28相对的侧面上具有两个直的侧壁29。该侧壁可以包含不同的构造，如每个拐角处有横梁。但在这些配置中，侧壁29都是平直的，通常与压电元件22的纵轴平行。这样导致在压电元件22的预压和运行中，基本保持在单一轴向的张力状态。
压装的曲梁配置：
另外一些配置具有偏离压电元件和彼此偏离的弯曲的侧壁，可以提供若干个优势。振动元件26的这两种常用类型的压装操作是没有区别的，但是基本配置产生的优势可以是明显不同的，如下面所讨论。首先讨论问题的根源和某些局部的解决方案，然后相对于图8讨论弯曲侧壁29的优势。
参考图7，利用材料的屈服强度与侧壁29的组合截面积的乘积来估算压电元件22的预压，因为侧壁受到单轴张力方向的应力，这意味着侧壁29的整个截面受到相同的应力。如果侧壁29具有恒定的截面积，并且压迫压电元件使其纵轴与振动元件26的纵轴25重合，那么侧壁29也承受到相同的压力和相同的应力。如果侧壁29具有相同的截面积，则沿着振动元件的纵轴25测量的整个侧壁长度上的应力也是不变的。
压电元件22必须移动共振器24和选定驱动部分44，以达到一个充分的物理位移，来移动从动元件42。因为侧壁29起到预压压电元件22的弹簧的作用，所以必须克服一部分预压，以便延伸振动元件26和移动选定的接触部分。如果侧壁29的刚度太大，那么在在向侧壁29推动时可能消耗太多压电元件22的能量，因此减少了转化为选定接触部分44和从动元件42运动的振动能量数量。
对于长度约一英寸(2.54cm)或更小的小型振动元件26，压电元件22上的最大压力和使侧壁处于屈服区域的愿望，使得侧壁29的配置具有一个0.01英寸(.25mm)数量级的厚度。在这样或类似的尺寸下，铝制部件制造上的不精确性可能导致侧壁29在厚度上显著的百分比误差。这会在具有较小截面的区域上产生较大的应力，最终在最小截面的区域上产生一个集中的应力和应变。在压装操作中，这种在侧壁29的一个很短部分上产生的集中的应力和应变增加了该区域缩颈的几率。
由于多方面的原因缩颈是不利的。因为由马达装置20的操纵、温度变化、或运行所产生的侧壁29上的所有进一步的应变将集中在很短的颈状区域，在运行马达装置20的过程中，该颈状区域的较大的应力和应变可能导致马达装置20的疲劳破坏。而且，缩颈可能导致侧壁29和振动元件26的几何形状变化和由此产生的振动的变化，并改变了马达装置20的性能。
即使没有出现缩颈时，侧壁29处于主要是单轴的拉伸状态的压电元件24的疲劳破坏也是一个重要的问题。因为侧壁29处于屈服状态，马达运行期间的平均疲劳应力接近材料的屈服强度。在运行在30kHz-90kHz时，因为压电元件22产生数百纳米的偏移，该应力的振幅非常小。高频导致很大的运行周期，但振幅很小。铁类金属具有一个应力持续时间限度，如果在该限度内运行，不会出现疲劳破坏。还没有观测过铝和其它非铁金属的持续时间限度(至少不低于1亿个周期)。存在这样一个问题：较小的应力振幅最终可能导致这些材料的疲劳破坏，因为马达20的运行频率在几十kHz，在这样的一个速率下，不超过几个小时，马达就会累计十亿多个应力振幅周期，即使是振幅很低的周期。
此处未得到所发表的疲劳数据，但观测发现这种马达中的疲劳破坏在十亿周期以上，这意味着须对疲劳破坏采取对策。采用使侧壁29具有近似不变的截面尺寸的加工工艺，将允许整个侧壁29而不是仅该侧壁的一小部分来吸收应力和应变，来改进疲劳特性。改进侧壁29的表面光洁度，通过减小龟裂发生数目也有助于改进疲劳特性。通过给定侧壁相同的截面积并注意定位压电元件22的中心，保证侧壁受到相等的应力，也将有助于避免疲劳破坏。
参考图8，显示了一个可以与这里描述的任何马达22一同使用的振动元件26p。该振动元件26p具有弯曲的侧壁29p，当压电元件被压入到共振器26p的孔28p中时，该侧壁被置于一个更复杂的应力状态。孔28p具有与压电元件22的端部相邻的相对的平面部分31，并配置成产生弯曲的侧壁29p。因此孔28p大体呈圆形，但是具有两个相对的平面，垂直于对应压电元件22的纵轴的轴25p相对的平面。共振器24p的其余部分可以具有适应于希望的选定接触部分44的运动和定位的不同配置。这里显示的共振器24p，除了由弯曲的侧壁29p确定的孔28p以外，还具有一个矩形配置。有利的情况是，弯曲的侧壁沿着弯曲的长度具有一个均匀的截面，图示的配置沿着弯曲侧壁的长度上具有一个矩形的截面。对于侧壁长度的实质部分，侧壁最好是有一个均匀的截面。如这里所采用的，该实质长度指的是侧壁29的长度的一半以上是有利的，最好是75％，理想情况为端壁31之间的侧壁29的长度的90％以上。
对于弯曲的侧壁29p，应力状态仍可以近似为单一轴向的，但侧壁上的应力是不均匀的，实际上为弯曲的和轴向应力的组合。可以采用传统的梁理论计算来确定这些应力。或者，可以用有限元法或Castigliano定理来近似计算侧壁的形变。
在该实施方案中，在压电元件22和保护板84的压装过程中，将侧壁29也置于塑性形变状态是有利的，以便使预压近似不变，尽管在过盈配合的数值上存在很小的偏差。但是振动元件26p的侧壁29p的应力是不均匀的，而是受到像弯曲的曲梁一样的应力。侧壁29p的弯曲配置会导致在与共振器24的主体连接的侧壁29p的端部，最大的应力处于侧壁29p的内表面和外表面上。这些应力基本上出现在弯曲侧壁29p与共振器24的其它部分相接的地方。这些出现在形成孔28p的侧壁29p内侧，也出现在侧壁29p的外侧。弯曲的侧壁在每个侧壁29p上产生四个确定的最大应力区域86，两个在壁的内侧，两个在壁的外侧。
值得注意的是，这意味着当压电元件被压装进孔28p时，这些区域首先达到塑性变形，而不是侧壁29p的整个截面都同时达到塑性变形。这种局部屈服可以产生有利的结果。
与图7a中的压电元件26相比，振动元件26p具有几个优势。因为侧壁29p是弯曲的，所以可以比平直的侧壁厚得多，而且仍可以实现同样的压电元件22的预压。这较有利于对振动元件26p的制造疲劳并较有益于其寿命。较厚的侧壁增加了疲劳寿命，因为小的材料疵瑕和制造误差将成比例地减小。这种材料疵瑕和制造误差最可能发生导致疲劳破坏的龟裂。
此外，在高周期疲劳中，大多数的疲劳寿命是消耗在龟裂开始时，较厚的侧壁有助于减少龟裂引发。而且，疲劳龟裂起始于处于最高应力的侧壁截面。如前面所解释的，侧壁29p上最大应力的位置是已知的，并允许采取措施来减小这种应力集中。例如，为了减小这些高应力区域的应力集中，最好是在侧壁29p的内侧和外侧，侧壁29p与毗邻侧壁的接合处具有倒角或圆角88，如图8所示。因为关键应力区域是已知的，因而可以对它们进行加固或采取的应力释放措施，不必要对振动元件26p进行一次以上的机械表面抛光。打磨表面的费用和努力是不必要的。
另外，对于振动元件26p，由于在侧壁29p的厚度上不均匀的应力分布，缩颈也不是严重的问题。振动元件26p的另外一个优势是，侧壁29p的弹性常数，即轴向力除以轴向偏转度，与图7a中的侧壁26相比是较小的。较小的弹性常数允许压电元件将更多的能量消耗在移动从动元件42上，而不是消耗在朝着侧壁29、29p形成的预压弹簧的推压上。由于这些原因，采用弯曲的侧壁29p，而不是平直的、单一轴向拉伸的侧壁29，是有优势的。侧壁29p最好是均匀弯曲的，而且是关于穿过孔28p的纵向中心线部分25p对称的。与平直的侧壁相比，弯曲的侧壁还允许孔28(弹性或塑性地)扩张一个较大的数值。
楔固的预压方法和设计：
参考图9-11，采用图1中的一个共振器配置来描述一种利用楔固效应的方法和装置。为此共振器24被说明为一个具有矩形孔28的矩形体，该矩形体与矩形孔均与纵轴25对称地对齐。也可以采用其它形状。在图10中所示的纵轴方向上，孔28比压电元件22和任何保护帽84略大些，一个轻微的压装也是可接受的。在孔28的一端，有一个穿过共振器24的孔90。这里显示的孔90被置于共振器24上与驱动端44(图1)相反的端部，靠近与弹簧50(图1)相连的一端。
如图10-11所示，将一个楔件92压入孔90中，足以使孔92和孔28的邻近端产生形变。如所说明的一样，孔和楔件都是圆柱形的，并与孔28的一端相邻，以便沿着进入孔28纵轴的产生一个膨胀，足以在孔28的范围内压缩压电元件22。基本上，楔件使孔28的一个壁产生形变，将压电置于压缩状态。可以在压电元件22的一个或两个端面插入保护板34(图1)，也可不用保护板。
因为可以精密控制圆形孔和楔件的尺寸和在共振器24上的定位，还因为部件的材料特性是已知的和可预测的，所以可以精确实现孔28的形变。如果侧壁29上的力保持相等，则定能实现对称的形变。但如果为了能够倾斜压电元件22的力相对于共振器24的作用轴，而希望产生一个偏移的压缩，那么孔90可以偏离纵轴25。
参考图12，孔不必是圆形的，而是可以包含一个矩形槽，相应配置的楔件按需要使孔90形变，以产生合适的预压。可以采用具有矩形横截面，或椭圆形横截面的楔件92。由于改变楔件92的形状增加了形变材料的量，将楔件92插入孔90中所需的力也随之增加。
如后面所讨论的，如果压电元件22沿着平行于但偏离共振器24的纵轴25的一个轴，或沿一个相对于该纵轴25有一个倾斜角的轴来施加力，则在某些情况下是有优势的。图13-16说明了几种实现压电元件22和共振器24的这种相对纵轴的偏移和倾斜的方法。随后将参考图53讨论另一种变化形式。
图13显示的是在孔28中偏移的压电元件22，这样压电元件22的纵轴的中心线95从共振器24的轴25的中心线横向偏移。该偏移可以是向上的、向下的、或者是向中心线25的两侧，取决于所希望的选定接触部分44的运动。
图14显示了一个插入在压电元件22的一端和孔28的邻近侧壁28之间的小型的硬化的插件94。可以采用一个硬化的钢球或一个小型的圆盘，但必须是相对于共振器的邻接部分来制定尺寸或形状，使得在由压电元件22施加的驱动压力下不会产生不可接受的插件94的形变。在该实施方案中，最好使用保护帽34，以便避免在较易碎的压电元件22上出现可能损坏压电的局部化的力。插件94的位置可以是在中心线25的上面、下面或两侧，取决于所希望的选定接触部分44的运动。也可以采用一个以上的插件。
图15显示了沿着压电元件22的轴95对齐的孔28和压电元件22，但二者均处在相对于共振器24的纵轴25的一个倾斜角度上。这产生一个了相对于共振器24的中心线的压电元件25的不对称支架。压电元件22和共振器24的相应轴间的倾斜量将取决于希望的选定接触部分44的运动。这种配置的缺陷是产生的侧壁29具有一个变化的横截面。但是对于本领域的熟练人员来说，给定了本公开内容后，将能够在一个对于共振器24和振动元件26的纵轴25倾斜的角度上安装压电元件22。在压电元件22的相对端上和纵轴25的相对端上放置小型插件94，也可以相对于轴25实现一个压电元件22的倾斜轴。可以采用前面和后面所描述的支架系统的组合。
振动元件和从动元件的支架
给定本公开内容后，可以有振动元件26和弹性装配系统50的多种支架配置。支架配置通常取决于选定接触面积44和配套的从动元件42的配套的接合部分的位置和这些部件的所要求的运动。
参考图17，振动元件26安装在一个刚性梁102的末端，该刚性梁在一个旋转的端部安装，以围绕枢轴点104旋转。振动元件26具有一个选定接触部分44，被弹性压在从动元件42上。图中显示该选定接触部分44是朝振动元件26的末端36的内侧6，以重申选定接触部分44可以处于振动元件26的不同位置。同样的装配也适用于这里所讨论的其它支架配置。
如图17所示，弹簧50弹性推动部件，以在运动的所希望的部分期间，保持充分的接触，来移动从动元件。弹簧50可以采用不同的形式，并可以以不同的方式连接。从动对象可以拥有各种各样的形状和不同的移动模式。从动对象42的实用形式包括一个位于振动元件26末端的连杆、或一个滚珠、或一个轮子。从动对象42需要适当的支撑，以允许其预定的运动，因为运动是可以根据设计变化的，所以这里没有显示该支撑。
图18显示了一个与图17相似的装置，但是更改了弹性力的作用位置，使其作用在旋转刚性元件102的末端，拉动而不是推动振动元件26与从动元件42相接触。施加弹性力的弹簧50沿着一个与振动元件26的纵轴25对齐的轴有利地施加其推力，但这并不是必须的。图19显示了一个与图17-18相似的装置，但是更改了弹性力的作用位置，使其作用在旋转刚性元件102的旋转端附近。弹性力，如由弹簧50施加的弹性力的作用位置，可以影响弹簧的位移。当弹簧50更靠近支点104时，弹簧50的移动不多，因为旋转点和弹簧的连接点之间的有效力矩臂也较小。
如果振动元件26是刚性安装的，可以采用类似于这里所描述的配置来弹性推动从动元件42，以维持与弹性安装的振动元件26的充分接触，实现所希望的从动元件的运动。
图20显示了一个有利的支架配置，弹簧50采用了一个扁平弹性金属簧片。弹簧50具有一个安装在基座52上的第一端部50a，和一个与振动元件26相连的相对的端部50b。包含50a端的弹簧50的第一个脚与振动元件26的纵轴平行，弹簧的第二个脚大约弯曲一个直角。振动元件26的末端被弹性压在从动元件42。原则上，从动元件42可以具有任何足够平坦的形状，但易于采用的从动元件42的形式包括位于振动元件20末端的一个连杆、或一个滚珠、或一个轮子。从动元件42需要适当的支撑，以允许其预定的运动，因为运动是可以根据设计变化的，所以这里没有显示该该支撑。
图21显示了一个平直的片簧50a，一个端部刚性地安装在基座52上，相对的末端50b安装在振动元件26上。振动元件26的末端被弹簧50压在从动元件42上。也可以采用其它形状的弹簧50。
图22显示了一个振动元件26，具有一个以支点106为枢轴旋转的第一个端部，和一个被弹簧50弹性压在一个从动元件42的相对的端部。选定接触部分44沿纵轴25处于枢轴点106和弹簧50的连接点的中间，并位于与弹簧50和支点106相反的轴25的一侧。但是相对于轴25可以采用不同的选定接触部分44的位置，取决于所希望的运动和部件的配置。
因而，提供了一种在选定接触部分44处产生至少两个运动分量的方法和装置。这两个运动分量具有相互不同的方向，当以一个预定的频率激励压电元件22时，每个分量都是振动的，两个分量具有相互不同的相位。通过配置振动元件26和/或其悬挂，使两个运动分量的形状能够产生一个沿着一个希望方向的椭圆运动100。还有一个优势是，提供了一种方法和装置，由此，同样的或其它的选定接触部分44在不同的压电元件22的激励频率下，产生适当的椭圆100，从而导致与一个或多个选定接触部分44接合的从动元件42的相互不同的宏观运动。
在一个实施方案中，振动元件26通过一个类似于弹簧的元件50连接到一个的基座52上，其中该弹簧可以是弯曲的、扭转的、气动的、弹性体的，或是任何其它类型的。例如，该弹簧可以由电子电路板的某些部分制成，这具有制造上的优势。可以调整弹簧的弹性常数和挠度来补偿接触部分44和从动元件42的接合部分的接触区域的磨损，还可以补偿制造上的不准确度。例如，弹簧50的高柔量导致接触部分44作用于从动元件42的弹性接触力变化很小，尽管接触部分44的相对较大的偏转。
可以通过许多不同的方式将弹簧50连接到振动元件26上，振动元件26包括一个孔28，其尺寸略小于非形变压电元件22相应尺寸和弹簧50的厚度之和。将弹簧50和压电元件22嵌入孔28中使孔膨胀，因此产生一个压装，在功能上将该振动元件与弹簧和压电元件相连。在另一个实施方案中，振动元件包括一个孔，如一个槽，可以通过压迫、粘结、旋紧或紧固，将弹簧的一个端部置入槽中。可以按任何优选的方式确定该槽的取向。在一个实施方案中，将槽定位成与振动元件26的纵轴25垂直。在另一个不同的实施方案中，定位成与纵轴25平行。
除了将振动元件26连接到基架或基座52之外，弹簧状元件50还可以是振动元件26在功能上的扩展。通过适当的调整，弹簧50可以起到将振动元件26的振动与基架52隔离的作用。弹簧50还可以影响振动元件26的动态性能，以便通过放大或其它的动态效应提高振动元件26的性能。例如，如果弹簧50具有对称的轴，与振动元件26的对称轴不同，或偏离这些轴，那么包括压电元件22、振动元件26和弹簧50的装置就变为动态不对称，从而导致先前为独立的振动模式之间出现一个耦合。
在一个进一步的实施方案中，振动元件26可以直接连接到基架或基座52上。如果基架或基座52能够隔离振动元件26的振动，则是最好的。在该实施方案中，基架本身必须施加将振动元件26压在移动元件42的弹性力。如果基架或基座52的设计提供一个装置，来调整接触力和补偿马达磨损，则是最好的。一个例子是，利用一个槽中的螺丝来调整振动元件26相对于从动元件42的位置。
在又一个实施方案中，振动元件26刚性地连接到基架52上，通过支撑移动元件中或上的轴承，将从动元件42弹性压在振动元件26上。为此，该支撑最好包括某种弹簧或其它可压缩的媒介，来提供一个弹性压力，驱使部件接触。在这种情况下，马达装置20还可以安装在这样一个位置，使得作用在从动元件42上的重力可以提供必要的弹性力。
驱动和从动元件的定位
参考图23-36，显示了相对于从动元件42来安装振动元件26的不同配置。这些图都是概要显示的，省略了允许希望的运动和为了预期用途而维持部件充分接触的部件支架系统。为了便于说明，将从动元件42显示为一个具有圆柱形横截面的连杆，但它可以是一个滚珠、一个轮子、一个连杆、一个棒状物、一个齿轮等等。需要通过一定的压力和角度，将振动元件26压在从动对象42上，以实现产生运动所需的接触。这可以通过前面所描述的，或者给定本公开内容各对于本领域的熟练人员而言显而易见的安装装置来实现。图中没有显示产生这种弹性接触的装置。也没有显示允许希望的从动元件42的运动的支架配置，因为该配置是随着特定的设计而变化的。下面的配置仅是一些例子。也可以采用其它的配置，但没有进行描述，因为不可能覆盖所有的配置。还可以采用这些配置的组合。
单一振动元件的配置
图23-26显示的是采用一个单一振动元件26的配置。在图23中，振动元件26位于从动元件42之上，元件26和42中的至少一个被弹性压迫以维持选定接触部分44与从动元件42的选定接合部分之间的充分接触，以实现所希望的运动。振动元件26和从动元件42的纵轴是相互垂直的，但也可以有不同的中间角度。接触部分44朝末端36的内侧，但它们也可以沿振动元件26的长度上位于能够实现希望的具有选定振幅的运动的位置。因而，有利的情况是，选择接触部分44出现在具有希望的椭圆运动100的位置。所示的椭圆运动100与振动元件26的轴25大体上对齐，将使得从动元件42绕轴45旋转。但是这种情况不是必须的，因为运动可以处在一个与轴25垂直的平面上，来产生沿着轴45的平移，或处在介于以上两种情况之间的取向，取决于所需的运动和组件的设计。如这里所采用的，0-5°的定位调整将被认为是对齐的。
图24显示了在垂直方向偏离从动元件的轴45并与之垂直的纵轴25。可以采用不同的中间倾斜角度。选定接触部分44位于振动元件26的较低的围缘的末端36上。这种配置有助于产生从动元件42围绕轴45转动，或沿该轴平移，或两种运动的组合。
在图25-26中，纵轴25、45是共面的，彼此之间相互倾斜一个角度α，如对图1中角度α的讨论。选定接触部分44位于振动元件26的较低的围缘的末端36上。这种配置有助于产生从动元件42沿轴45的平移，或围绕该轴的转动，或两种运动的组合。参考图26，轴25、45是共面的，但这不是必须的，而且两个轴可以以一个倾斜的角度相交。
多振动元件的配置
图27-42中显示了采用多个联合移动从动元件42的振动元件26的配置。采用多个振动元件26具有的优势是，提供了振动元件42的更多的支撑位置，这样可以省去一些轴承，因此节省了费用，减少了通常与低成本轴承或轴衬的摩擦。在某些应用中，采用振动元件26足以悬挂从动元件42，而无需附加的轴承。振动元件26的接触部分的振动可以提供一个低摩擦的支撑，对于这种低摩擦支撑的应用，振动元件26的支撑部分的椭圆运动是不必要的。
此外，采用多个振动元件26可以成倍增加移动从动元件42的力和/或速度。可以为每个振动元件26提供一个单一的公共激励信号，以便简化电气系统，也可以提供独立的信号，同时产生不同的从动元件42的同步运动。
下面将讨论具有特定数目的振动元件26的配置。给定本公开内容，可以进行其它不同的安装配置，在这些配置中将可采用多个振动元件26来约束从动元件42的不同的自由度。
双振动元件配置
图27-36显示的是指定采用两个振动元件26和一个单一从动元件42的配置。图27中，有两个振动元件26，被弹性压在从动元件42的相对两侧。这两个振动元件26在从动元件42的纵轴45的两侧具有与轴45垂直的轴25。每个振动元件26a和26b的选定接触部分44最好在距振动元件的末端的中间位置，但也不必如此，如接触部分可以位于末端36。振动元件26的轴25可以是平行共面的，但不是必须要平行或共面。这种配置有助于产生从动元件42沿其纵轴45的平移，或围绕该轴的旋转，或者这两种运动的组合。
图28显示了两个被弹性压在从动元件42的一个共同侧面的振动元件26。这两个振动元件26具有与从动元件42的纵轴45垂直的轴25，但轴25也可偏斜于轴45。振动元件26的轴25可以是共面的，但这不是必须的。接触部分44位于每个面36的远边缘。该接触部分44与轴45所处的水平面成45°角，但位于该水平面的两个相反侧。这种配置有助于产生从动元件42沿其纵轴45的平移，或围绕该轴的旋转，或者这两种运动的组合。
图29显示了一个类似于图28的配置，所不同的是振动元件26彼此面对，位于从动元件42相对于垂直轴的两个相反侧。
图30显示了一个类似于图24的配置，所不同的两个振动元件26在一个公共轴25上，位于从动元件42的两个相反侧。每个振动元件26的纵轴25不必重合，但要彼此相对共面倾斜。
图31显示的是位于从动元件42的相反侧的二个振动元件26，两个元件26彼此面对，但相对于经过从动元件42的纵轴45的平面，分别具有倾斜角α和β。图中显示的角α和β使每个振动元件26的轴25平行，但它们也可不必平行。该角度最好能使得纵轴25与从动元件42的纵轴45相交，但也可不必如此。选定接触部分44位于每个振动元件26的末端36。
图32显示的是位于从动元件42的相反侧的振动元件26，两个元件26面向相同的方向，相对于经过从动元件42的纵轴45的平面，分别具有倾斜角α和β。角α和β最好使得纵轴25与从动元件42的纵轴45相交，但也可不必如此。选定接触部分44位于每个振动元件26的末端36。
图33具有两个振动元件26，位于从动元件42的同一侧，两个元件26面向相同的方向，相对于经过从动元件42的纵轴45的平面，分别具有倾斜角α和β。角α和β最好能使得纵轴25与从动元件42的纵轴45相交，但也可不必如此。轴25不必位于相同的平面上，但最好如此。选定接触部分44位于每个振动元件26的末端36。
图34具有两个振动元件26，位于从动元件42的同一侧，两个元件26彼此面对，相对于经过从动元件42的纵轴45的平面，分别具有倾斜角α和β。角α和β最好能使得纵轴25与从动元件42的纵轴45相交，但也可不必如此。轴25不必位于相同的平面上，但最好如此。选定接触部分44位于每个振动元件26的末端36。
图35-36显示了一个具有两个位于从动元件42的两侧的振动元件26，两个元件26面向相同的方向，相对于经过从动元件42的纵轴45的平面，分别具有倾斜角α和β。角α和β最好能使得纵轴25与从动元件42的纵轴45相交，但也可不必如此。轴25不必位于相同的平面上，但最好如此。有利的是，轴25相交在轴45上的一个公共位置，选定接触部分44位于与轴45垂直的同一平面上。
在这一配置中，选定接触部分44位于每个振动元件26的末端36。每个振动元件26的选定接触部分44被配置为具有一个与从动元件42的接合部分的形状配套的形状。这里，连杆42的圆形截面产生一个选定接触部分44的凸状曲面。该弯曲接合使振动元件26提供一个从动元件42的支撑，使其只能沿着轴45平移。如果接触部分44沿轴45的长度方向上具有一个较小的接合面，那么该从动元件42将围绕接合部分44摇摆。如果接触部分44沿轴45的长度方向具有足够的长度，那么可以支撑该从动元件42，而不会产生围绕接合部分44的摇摆。通过将连杆安装在两个振动元件的26的顶端之间，使振动元件26还起到轴承的作用，这一配置可以简化从动元件42的支架。
三振动元件配置：
图37-40显示的是使采用三个振动元件26a、26b和26c的配置，字母a、b和c分别对应于第一、第二和第三个振动元件。图37显示如图27所描述的两个振动元件26a和26b，被弹性压在从动元件42的相对两侧。这两个振动元件26a和26b都具有与从动元件的纵轴45垂直的轴25，位于轴45的相对侧面。每个振动元件26a和26b的选定接触部分44最好在距振动元件的末端的中间部位，但也可不必如此，因为接触部分可以位于末端36。第三个振动元件26c位于从动元件42的相反侧面，其选定接触部分44c沿44a和44b之间的一个轴位于44a和44b的中间，最好是位于正中间的位置。从动元件42具有一个沿Z轴方向的纵轴。最好是，第一和第二个振动元件26a、26b按照12点和6点钟的位置与从动元件42相接触。第三个振动元件26c在3点钟的位置与从动元件42向接触。也可以采用其它的接触位置。接触部分44c最好是位于振动元件的26c的末端，第三振动元件26c处于一个具有α角度的与包含轴25a和25b的平面平行的方向。振动元件26a和26b的轴25最好是平行的，轴25a、25b和25c最好是共面的，但不同的轴不是必须要平行或共面。这一配置提供了从动元件42沿着或围绕其纵轴45的平移或旋转，振动元件将平移限制在沿着y轴和+x轴方向上，但也允许-x方向的运动。
图38显示的是振动元件26，它们的纵轴25与一个在垂直于从动元件42的平面上延长的径向轴垂直。接触部分44偏离末端36，但也可不必如此。如图所示，振动元件26以角度β、γ和α相等地加以间隔，每一个角度均约为60°，但这些角度是可以改变的。图中显示的轴25a、25b和25c是共面的，但也可不必如此。从动元件42具有一个Z轴方向的纵轴。这种配置允许振动元件26将从动元件42的平移限制在x和y轴方向。
图39在从动元件的一侧放置了两个振动元件26a和26b，它们地轴25a、25b平行于x轴，相应的接触部分44a和44b在沿着与垂直方向的y轴平行的一个轴的相应位置与从动元件的外围部分接合。接触部分位于末端36a和36b的边缘。轴25a和25b是平行共面的，但也可不必平行或共面。第三个振动元件26c位于从动元件的相对一侧，具有与y-轴平行的轴25c。轴25c最好与轴25a和25b共面，但也不必一定如此。从动元件42沿z轴方向的的纵轴。这种配置允许振动元件26将从动元件42的平移限制在x和y轴方向。
图40在从动元件的一侧放置了两个振动元件26a和26b，它们的轴25a、25b平行于x轴，相应的接触部分44a和44b在沿着与垂直方向的y轴平行的一个轴的相应位置与从动元件的外围部分接合。轴25a和25b是平行共面的，但也可不必平行或共面。从动元件42的纵轴与z轴方向平行。第三个振动元件26c位于从动元件的相对一侧，具有与x轴平行并与轴25b同轴的轴25c。接触部分位于末端36a、36b和36c的边缘。这种配置允许振动元件26将从动元件42的平移限制在x和y轴方向，但不允许沿着与水平方向成45°倾斜角的方向的运动，如图40所示。
在以上采用多个振动元件26的配置中，每个振动元件最好是与其它的振动元件在同一时间激活，这样这些振动元件可共同作用，产生希望的从动元件42的运动。但振动元件26也可在不同的时间，或以不同的组合，或按不同的顺序单独激活，以便实现从动元件的分离的运动。
六个振动元件：
图41-42显示了一个具有六个振动元件26a-26f的配置，，用来支撑一个从动元件42，使其能够围绕其纵轴45平移或旋转。每一个振动元件26的一端与一个包围从动元件42的圆环相连，该圆环最好是在一个与从动元件垂直的平面上。振动元件26的相对的一端36a-36f被压在从动元件42上。振动元件26中的三个朝着一个与另外三个振动元件相反的方向伸向从动元件42，如图42中所示。在与从动元件42的轴45(图41)垂直的x-y平面上观测的每个振动元件26的相对位置，是通过角度α、β、γ、σ、ε和ρ来确定的。这些角度最好为60°，以便使支撑和驱动力均匀分布，但也可以采用不同的角度。有利的情况是，振动元件26的纵轴25与从动元件42的纵轴45相交，但轴25也可以是倾斜的，以致它们不与轴45交叉。振动元件26和从动元件42之间的角度可以由图中所示的δ和?确定，将根据各部件的尺寸和振动元件26的方向变化。圆环110的挠性有助于保证振动元件26压在从动元件42上。结果是，连杆被悬在六个点上。
这一配置允许振动元件26支撑从动元件42，使其仅能沿着从动元件42的纵轴45平移，和绕该轴旋转。
马达运行原理：
下面的描述有助于理解上述实施方案的运行，并有助于理解多个实现这些实施方案及其变化形式的方法。
这里介绍的马达仅使用一个压电元件22，采用一个电激励信号来激励该振动元件26的不同模式的振动。接触部分44的运动是由这些振动的模式决定的。具体而言，对于一个第一频率的正弦电激励信号，该马达实现接触部分44的第一方向的椭圆运动，对于一个第二频率的正弦电激励信号，该马达实现接触部分44的第二方向的椭圆运动，在接触部分44提供了一个所需的力、振幅、或速度。也可以对于第三或更多频率的正弦激励信号，实现第三个或更多的方向上的接触部分44的椭圆运动。
有利地，马达装置20的配置能够使接触部分44跟踪每秒数万次的椭圆运动，以使马达的运行对于人或宠物来件是听不见的。在每个椭圆周期的一个选定段，接触部分44与从动对象42的接合表面接触，在此处施加一个摩擦接触力，使从动对象42沿一个相应的方向移动一个很小的距离。所观察到的从动对象42的宏观运动是所有这些单个移动步长的累积。
本公开内容中的大部分都是关于接触部分44位于振动元件26的末端36，沿一个第一椭圆路径100a的运动使从动对象42沿从动对象的纵轴45移动，同样的接触部分44沿一个第二椭圆路径100b的运动使从动对象42沿一个相反的方向移动(如图2和5所示)，该第一和第二选定接触部分44不必是同一部分，不必相邻，也不必位于末端36。它们仅需位于相同的振动元件26上。而且，选定接触部分44的数目，以及每个接触部分处相应的椭圆路径100的方向和取向可以根据特定的设计改变。可以有三个，也可以有更多的接触部分。因此在振动元件26上可以有多个选定接触部分44，在多个椭圆路径100上沿着多个方向运动。
有利的是，无论是单一方向还是多方向的，无论是有单一的选定接触部分44还是有几个接触部分44或者是它们的组合，所希望的选定接触部分44运动都是等同的。而马达装置20是设计用来实现该运动的。通常的情况是，设计不能实现最佳的运动，但可以实现一个可接受的近似的希望的运动。下面将讨论多个可用于配置马达装置20的组件来实现希望的运动的一系列要素。
椭圆运动的产生：
如果用一个正弦电信号激励压电元件22，就会主要沿其纵轴95产生的一个正弦力和一个正弦位移，如图1-3中沿振动元件26的纵轴25，或图15中与纵轴25成一个倾斜角的方向。该力和位移被用来激励振动元件26的振动模式。振动元件26最好配置为，在一个预定的激励频率下充分激励出其至少两个振动模式。如果一个模式在纵轴25的方向上仅有一个均匀的运动分量，则被认为是一个纵向模式。如果一个模式的运动分量位于与纵轴25垂直的方向上，则被认为是弯曲模式。而且已知的模式还包括扭转模式和剪切模式。一个混合模式均不属于这些模式，但可以产生方向25、38或40上的运动分量，或围绕这些方向中的任何一个方向旋转的移动分量。每个激励的模式为接触部分44增加一个正弦运动分量。如果这些运动分量中的至少两个为不平行的和不同相的，则所产生的接触部分44的运动就是椭圆形的。
本公开内容的大部分是关于压电元件22的，它主要沿其纵轴95产生力和位移，但也可以采用一个具有不同的主要方向的压电元件，或一个能够产生力和位移的非压电元件。
椭圆运动的使用：
与现有技术的马达相比，本发明的一个优势是，椭圆运动不必一定通过以90°相位差激励的相互垂直的纵向和弯曲模式来实现，而是可以通过至少两个可以相互倾斜并有一个明显非90°的相位差的激励模式来产生。在这种情况下，接触部分44跟踪一个椭圆100，其半轴无需对准轴25、38或40，这样可以有利地将振动元件26安装在一个与从动对象42倾斜的角度上，即纵轴25最好相对于振动元件26倾斜一个角度α(图1)，该角度是根据特定的设计和所涉及的组件变化的。振动元件26的倾斜安装使椭圆100相对于从动对象42旋转。在另外的内容中，给出了关于该旋转的坐标变换公式，阐明了这一旋转对产生该椭圆路径100的运动分量间的相对相移所产生的有利的和增进的效果。
即使选定接触部分44不与从动元件42接合，也能实现选定接触部分44的椭圆运动100，为了实现有用的运动，在每个椭圆周期100的某一部分中，使振动元件26与从动对象42的接合面保持物理接触。对于每个后续周期，该部分最好保持不变。在每一次接合中，振动元件26在从动对象42上施加一个摩擦力。在一个接合周期中这些力可以变化，而累加的效果使从动对象42相对于振动元件26移动。如果在椭圆的最靠近从动对象42的点上，移动的方向与接触部分44的运动方向重合，则认为该移动是最有效的。
在椭圆的短轴与椭圆路径交叉处，接触部分44在椭圆路径100的切线方向的速度是最大的，椭圆的长轴与椭圆路径交叉处，接触部分44在椭圆路径100的切线方向的速度是最小的。因此认为一个长轴与从动对象42的接合面相切的椭圆能够提供一个有效的移动装置。采用一个长轴相对于从动对象42的接合面倾斜的椭圆是有利的。在这种情况下，接触部分44朝着从动对象42移动，当超过最靠近从动元件42的点后，将朝着离开从动对象42的方向移动，两个移动的速度是不同的。根据椭圆形状的固有特点，通常靠近得越快，离开得越慢，反之亦然，因此，与从动元件42的接合过程可以选择为更缓慢或更突然。极端情况下，这样的运动被认为是一个锯齿运动。在现有技术中，采用产生精确的锯齿运动的马达。本发明的公开内容中，特意采用一个倾斜的椭圆，由此提供原先仅在那些锯齿形马达中才能得到的优势。
为了保证移动的有效性，摩擦接合最好足够大，并最好仅当摩擦力较小或消失时，接触部分44才朝着希望的从动对象42的运动方向移动，这种情况发生在接触部分44的某些部分或全部减少失去与从动对象42的接合面的接触时。
摩擦和磨损量还取决于用于接触部分44的摩擦参数和材料组合，以及接触部分44的尺寸。这些参数还影响马达20的强度。通常摩擦越大，产生的力越强，但也可能导致更多的磨损。在接触的一个侧面，适用的材料组合包括钢、铝和玻璃，在接触的另一个侧面，适用的材料组合包括玻璃、玻璃纤维、PMMA、PVC、ABS或钢。通过添加微粒或蚀刻纹理，可以在化学或物理上修改玻璃表面的摩擦系数。
本马达装置20的一个优势是，从动对象42的接合表面的尺寸不必很精确，马达20的弹性安装系统可以调节偏差，这将在后面讨论。而且，还表明由于振动产生的磨损可能改变振动元件26的接触部分44，产生一个更大的接触区域。在马达的寿命初期这种现象尤为显著。这种效果消失得越快，产生的马达性能越好。可以有利地利用这种磨损，由于弹性支架50将选定接触部分44压在从动元件42上，允许较硬和较软材料之间的磨合，可以减小初始的制造容差。正如所希望的，还可以利用这种磨合来增加选定的接触区域44。
希望的椭圆运动的实现：
椭圆轨迹100的尺寸和取向取决于用来产生该椭圆的振幅和相位。在一个足够大的频率范围内维持接触部分44的有用的椭圆轨迹100的能力取决于马达装置20的振动设计特性。
显然如果增加激励频率使其超过模式的谐振频率，那么振动元件26的模式相对于施加到压电元件22的激励信号有一个-180°的平滑的相位变化。这种过渡所对应的频率范围的宽度随着系统的机械阻尼的增大而增大。希望这一频率范围足够大，以便在一个扩展的频率范围内，保证两个激励的模式之间的相位差充分异于0或180°，可以潜在支持一个希望的接触部分44的椭圆运动。这在原则上使得马达20对制造和运行条件方面的变化不敏感。为了在一个特定的位置实现一个希望大小的阻尼，可以在振动元件26的任意部分或参与机械振动的悬挂部分增加一个独立的阻尼元件。但是最好使用系统设计和材料中固有的阻尼。
为了实现一个更强的马达，在接近希望的激励频率附近，如果振动的所激励模式在接触部分44处表现出明显的振幅，也是很理想的，因而最好具有一个接近于选定模式的谐振频率的激励频率。因为在接触部分44处一个模式的振幅也取决于其激励的振幅，振动元件26最好是设计为将压电元件22产生的机械振动分布到不同的模式中。通过采用振动元件26的阻尼、几何和材料特性、以及在接触部分44处振动元件26和从动对象42之间产生的力的组合，可以以多种方式的控制形式来实现这一分布。从概念上讲，影响作用力分配的方法和改进与影响模式的形状及其谐振频率的方法是不同的。然而在实际中，一种影响作用力分布的改变方法通常还将会改变模式的形状及其谐振频率。例如，众所周知，对于一个杆状振动元件26，将机械能力分布到一个纯纵向和一个纯弯曲模式所进行的某些修改，通常也会将这两个模式耦合在一起，产生混合型的新模式。
机械振动的分布：
内部的阻尼力可以将一个模式与另一个模式耦合，由此，压电元件22可以潜在驱动一个第一模式，接下来通过阻尼方式间接激励一个第二模式。如果相应的谐振频率和激励频率彼此很接近，这一效果特别强烈。
通过压电元件22在一个确定的频率下激励的第一模式还可以通过在接触部分44处产生的接触力的方式激励一个第二模式。特别是，接触部分44的椭圆运动可以产生一个正弦力，或一个与驱动第一模式的频率相同的频率间歇作用的力。然后该力在振动元件26中激励其它模式，以及在其它的内容中讨论的从动对象42的振动模式。这种激励形式可以是相互的，可以慎重利用这一效果，使得先前独立的模式可以耦合在一起形成新的模式。在接触部分44处椭圆100的取向和其间产生接触力的椭圆部分决定了相对于第一模式的相位，利用该相位来激励一个第二模式。该相位最好不是180°的整数倍。
利用接触方式激励振动元件26的哪种模式，以及激励的程度如何，也取决于接触部分44和从动对象42的接合面相对于振动元件26的位置和取向。可以选择接触部分44位于装置20、振动元件26、弹性支架系统50或从动对象42的对称面上或非对称面上。可以采用非对称的定位来激励仅由压电元件22很难激励的模式，例如振动元件26的某些弯曲模式或扭转模式。为了同样的目的，相对于振动元件26，接合面的取向可以选择为与某些对称或非对称平面垂直或平行。
压电元件的位置和取向：
参考图1，振动元件26最好是伸长的杆状形状，具有一个与该连杆的纵轴25垂直的孔28。该孔28的尺寸略小于压电元件22的相应尺寸，使得压电元件可以通过一个压装方式插入孔28中。如果振动元件26具有一个对称的形状，相对于纵轴25对称插入压电元件22，压电元件22和振动元件26之间的接触接近理想，那么可以产生基本上仅沿轴25方向的纵向振动。通过前面讨论的接触部分44处的接触力的方式，可以将这些振动转化为弯曲的或其它振动，或者可以通过下面讨论的弹性支架系统50的作用进行转化，这种作用将振动元件26压在从动对象42上。
如果压电元件是非对称地插入到孔28中，例如，如果压电元件22的纵轴95相对于振动元件26的纵轴25偏移(参照图14)或倾斜(参照图15)，或者如果压电元件22和共振器24之间的至少一个接触区域是非对称的，那么压电元件22可以在振动元件26中直接产生非纵向振动。例如图5中的振动元件76的压电元件22的纵轴从共振器74的主纵轴偏移。这种偏移将共振器74和振动元件76的不同模式耦合。而且，共振器74围绕销78旋转，并可以进一步修改振动元件76的振动模式。
更明显的修改是以一种不对称的形式插入压电元件22，通常可以激励更弯曲的和其它的振动。而且这种修改通常将先前独立的纵向和弯曲模式耦合在一起，产生混合类型的新模式。还可以激励杆状振动元件的扭转模式。
在一个优选的实施方案中压电元件22被插入到共振器24中的孔28中，使得共振器和压电元件22不是沿着整个可能的接触区域进入理想的接触状态。为了在插入过程中实现这样一个有目的的部分接触，例如通过插入的压电元件使孔28的侧壁29变形，使得在可能的接触区域的某些部分失去接触。或者可以通过将压电元件插入到孔28中之前，从共振器24的接触区域去除一部分材料，使压电22的潜在的接触面变得不均匀，来实现局部接触。图10和11中还可以通过在一个偏离图示的纵轴25的位置插入一个销92来实现这一点。也可以使用插件94(图16)，在该插件的位置提供一个局部化的接触区域。而且可采用上述方法的组合来实现一个希望的局部接触，在一个希望的接触部分44产生一个希望的横向和纵向运动分量的组合。
振动元件的形状：
通常，振动元件越长，不同振动模式的共振频率越小，反之亦然。共振器24的截面形状和尺寸也影响涉及弯曲和扭转的共振频率和模式。例如参考图74，共振器24的横截面，或者共振器24的末端的至少一个部分可以是I形的，可以用来改变涉及纵向运动和横向弯曲的模式的相应刚度和共振频率，因为I形梁截面在一个横轴上具有与在其它横轴差别很大的刚度。它还产生一个较低的横向弯曲钢度而不必极大增加共振器24的长度。图74还显示了一个T形的截面，如果该T形关于其垂直轴是不对称的，则可以产生一个扭曲模式。可以采用C形截面和其它的不同截面形状来改变共振器24和振动元件26的共振模式。也可以采用其它的不对称截面形状。
为了有目的地实现可以在振动元件26的接触部分44处产生一个希望的椭圆运动100的振动模式，使该椭圆100相对于振动元件26的纵轴25和/或从动对象42的接合面倾斜，采用一个振动元件26的不对称设计是有利的。例如共振器24可以制成螺旋型的，或者可以具有一个拱形的或L形的形状。也可以采用其它的形状。以这种方式实现的不对称质量分布自然产生既不是纯纵向也不是纯横向的振动模式，这对于产生倾斜的椭圆运动100是有利的。
此外，参考图78，图78显示了一个进一步的实施方案，具有有利的设计特点。这一实施方案说明了一个非平直的共振器24。还说明了在一个不与从动元件相交的轴上压电元件22的位置。此外，还说明了一个压电元件22和共振器24的不同的对齐方式和取向。这些轴彼此倾斜，压电元件22的轴通常与从动元件42的轴45平行。共振器24的轴25是倾斜的，以跨接两个轴95和45之间的间隙。选定接触部分44包括一个与杆状从动元件42上相邻的接触区域的形状相符的曲面。该曲面可以是制造的，也可以通过马达运行期间的自然磨损来产生。弹性支架系统调整移动连杆42的选定接触面44的运动。
有利的是，弹性支架系统包括一个或多个弹簧50。在该说明的实施方案中，如果杆42位于水平面上，那么一个与穿过压电轴95的平面对齐且与纵轴45垂直(但偏离此轴)的弹簧50a提供了弹性支架系统。有利的是，在共振器24的相对的两侧伸展的两个弹簧50a提供了一个对称的弹性支撑。图中显示，通过将弹簧50a的末端置于压电元件22和共振器24的孔28中间，将弹簧50a连接到共振器24上。替代分离的弹簧50a，可以采用一个单一的片簧元件，其中部与压电元件22相邻接。
另外，对应于弹簧50a，或者除了弹簧50a之外，一个弹簧50b连接到在一个与水平面垂直的轴上与端部35相连的共振器24上。根据弹簧50a和50b的相应的刚度，和相对位置，可以实现从动元件42的不同的运动。该运动最好是围绕轴45的转动和沿着轴45的平移的组合，但也可以实现从动对象42的一个纯旋转或纯平移。
悬挂：
弹性支架系统50，也称为悬挂，连接到振动元件26上，以保证选定接触部分44被始终压在从动元件42的接合部分，由此接触部分44的椭圆运动100可以移动从动元件42。如果从动元件42是弹性悬挂并被压在接触部分44，则可以利用类似的原理。即使从动元件具有一个变化的表面光洁度或配置，而且如果接触部分44显示出磨损的迹象，那么最好维持这种始终如一的弹力。对于一个很小的弹力，这些马达可以快速地移动从动对象42，但提供很小的力。对于一个很大的弹力，移动速度减小，但移动力增大。如果弹力选择得过大，从动对象通常会停止。
根据选定接触部分44的位置和其中装配了一个或多个振动元件的配置(如图23-42)，将需要不同的悬挂系统。图1、2、5和17-22中说明了多种悬挂系统，在“振动元件和从动元件的安装”一节中讨论了部分的悬挂系统。这里所描述的悬挂系统主要是基于弹簧的悬挂系统，但不必局限与此。悬挂可以包括片簧、螺旋弹簧或其它形式的弹簧；可以包括弹性材料，例如合成橡胶或压缩气体弹簧等。悬挂系统对振动元件26的振动模式的影响根据所用的悬挂系统的特定类型及其配置而变化。
例如，图75显示了一个采用弯曲的扁平的弹簧188的悬挂系统，其第一端188a连接到基座52，相对一端188b连接到振动元件26。在图示的实施方案中，弹簧188介于压电元件22的一端和相邻的确定孔28的壁之间。振动元件26相对于从动对象42的接合面倾斜一个角度α。弯曲的弹簧188提供了可提供更小的马达装置20的可能性，因为弯曲的弹簧可以减少所需的悬挂空间。轮子46可以利用一个与转轴65同轴的平直的轮子边缘与从动元件42接触，如图75所说明。轮子46也可以具有特定形状的外围配置，以与从动元件42的相邻部分上的配套形状相接合。给定本公开内容后，对于那些本领域的熟练人员而言，显而易见，可采用多种可移动支撑配置。
图1中显示了另一个例子，其中，振动元件26安装在一个位置并围绕该位置移动，端部50a在该位置处安装在基座52上。相对于弹簧端部50a在基座52上的安装位置，来定位选定接触部分44，以使得大体上垂直的轴穿过安装点50a和接触部分44。
相比之下，图5中的C形夹配置使振动元件76围绕销78转动。一个经过接触部分44的垂直轴偏离一个经过枢销78的垂直轴。该偏移，连同压电元件22的一个不对称位置相结合，产生一个可能具有不同特征的不同的悬挂系统。
通常部分弹性悬挂系统参与振动元件26的振动，因此影响振动模式。悬挂系统的这种有利的设计使其增强了选定接触部分44的希望的运动。
如果一个弹性悬挂系统，如弹簧50，在一个运行频率下连接在振动元件26的一个振动节点上，那么它不会参与振动。但是如果在选定运行频率下，弹性悬挂系统不是连接在一个振动节点处，那么它会产生一个不对称性，这种不对称性可以将振动元件26的各种别样的独立的振动模式耦合在一起，这些模式在其它方式下是独立的。如果从动对象42的接合面相对于振动元件42是倾斜的，那么这可以在选定接触部分44处产生特别有用的椭圆运动100。
例如，在图5的实施方案中，振动元件76围绕枢销78振动，这可以导致接触部分44沿其椭圆路径100上下运动。振动元件46、76的安装方式可以导致马达装置20的多种振动模式和接触部分44的不同运动。
此外，参考图78，图78显示了一个进一步的实施方案，这一实施方案适用于从动元件的扭转运动和旋转运动。在该实施方案中，从动元件42围绕其纵轴45旋转。压电元件22的纵轴95与共振器24的纵轴25是不对齐的。这两个轴彼此相对倾斜，压电元件22的轴大体上与从动元件42的轴45平行。共振器24的轴25为倾斜的，以跨接两个轴95、45之间的间隔。选定接触部分44包括一个与杆状从动元件42的相邻接触区域相符的曲面。弹性支架系统调整选定接触部分44的围绕其纵轴45旋转连杆42的移动。
有利的是，弹性支架系统包括一个或多个弹簧50。在所说明的实施方案中，如果连杆42位于水平面中，那么一个与通过压电元件22的水平面对齐并与纵轴45垂直(但偏离纵轴45)的弹簧50a允许连杆42的旋转运动。有利的是，在共振器24的相对的两侧伸展的两个弹簧50a提供了一个对称的弹性支撑，尽管仅有一个弹簧50a可用。图中显示，通过将弹簧50a的末端置于压电元件22和共振器24的孔28中间，将弹簧50a连接到共振器24上。替代分离的弹簧50a，可以采用一个单一的片簧元件，其中部与压电元件22相邻接。
有利地，但是可选择的是一个弹簧50b连接到在一个与水平面垂直的轴上与端部35相邻的共振器24上。根据弹簧50a和50b的相应的刚度，和相对位置，可以实现从动元件42的不同的运动。该运动最好主要是，或者纯粹是围绕轴45的转动，尽管也可以实现围绕轴45的旋转和围绕轴45的平移的组合。
图78还说明振动元件26和共振器可以是不对称的。还表明弹簧50可以具有不同的位置、配置和取向。的确，弹簧50可以是弯曲的或扭转的弹簧，每一种都可以影响系统或振动元件26的悬挂和共振振动模式。图78还表明弹簧不必连接到压电元件22上。此外，共振器24的主振部分的轴25也不必与通过压电元件的轴95平行。而且，可以模制接触部分44，以与从动元件的相邻表面配合。制模可以在共振器24中进行，切削或通过另外的方式成于共振器24中，或者可以通过磨损或磨合成型。
一种减小摩擦的运行模式：
本公开内容的马达的另一个特征是，当以某些非运行频率加以激励时，马达在接触部分44处产生不同的接触力，也可能脱离，这样可以减小从动对象44上的有效的摩擦自持力。换句话说，当运行在这些频率上而后关闭马达时，较容易通过马达牵引从动对象。这一有选择地减小摩擦的特性对于某些应用来件是有利的。
理论设计方面：
压电22和共振器26配置为可实现移动从动元件42的选定接触部分44的希望的运动。接触部分44最好按图1所示的椭圆路径100来移动。
这里描述了实现该椭圆运动的振动元件26的两个正交运动分量的相位和振幅变化，及其叠加情况(也可以针对倾斜的角度来得到类似的效果)。通过改变相位和振幅，可以更好地理解马达装置20中适用于本应用的椭圆的几个特征。这些特征包括作为选定接触部分44的最佳运行路径的椭圆的长轴和短轴的取向和长度。其它相关的特征还包括椭圆往返移动的移动的速度，该速度与接触部分44的速度相关，因而与从动元件42相关联速度。设计可能要求椭圆100的半轴的方向应根据压电马达装置20中必然的尺寸公差加以调整。设计可能还要求椭圆100的半轴长度不超过某些预定的限度。而且，可以有利地选择椭圆100的半轴的比例，来提供更大的运动，或者更快的移动，有利的情况是，椭圆半轴的比例为5:1，最好是10:1，理想的情况为10-50:1。
参考图43，椭圆100表示振动元件26的接触部分44的潜在运动，尤其如图1和5中所示。椭圆100是由两个运动分量产生的，第一个分量作用在Ex方向(对应于沿图1中从动元件42的纵轴45的运动)。第二个分量作用于与Ex方向垂直的Ey方向。两个运动分量Ex、Ey是在马达装置20的选定接触部分44处产生的。用于产生这些运动分量的装置不影响下面的公开内容。图中还显示了椭圆100的长轴和短轴ex、ey的定位。
为了便于说明，假定第一和第二运动分量Ex、Ey分别为具有振幅A和B的正弦量，并具有一个
Figure C01807046D00611
[弧度]的相位差。但也可以采用其它的波形。如图1所示，位于共振器24的边缘的选定接触部分44的位置矢量r为时间的函数，表示为：
Figure C01807046D00612
在该公式中，ω为振动的频率。图44显示了一个A＝1，B＝0.5，ω＝1和
Figure C01807046D00613
[弧度]的运动的局部分量的例子。图43的椭圆100在
Figure C01807046D00614
时，为逆时针旋转，在
Figure C01807046D00615
时为顺时针旋转。
椭圆的长轴和短轴的长度2a和2b可以分别计算如下：
Figure C01807046D00616
Figure C01807046D00617
图45显示了b/B随
Figure C01807046D00618
和比率B/A的变化。图46显示的是a/A的关系曲线。重要的是要注意，在B/A的比率<＝0.3时，b/B的关系曲线没有明显的变化。对于
Figure C01807046D00619
和B/A<＝0.3的情况，通过下面的函数可以得到这一关系曲线的一个很好的近似：
Figure C01807046D006110
取向角α(图43)不能超过atan(B/A)的值(参见图47)。按照设计规则，对于B/A<0.5，可以有：
a tan ( B A ) &ap; B A
对于足够小的比例B/A，角度α可以近似为：(参见图48)
Figure C01807046D00621
下面的例子说明的是对前面的内容的使用。假定B/A＝0.3。从图47中可以发现
Figure C01807046D00622
接下来从图48中可以发现
Figure C01807046D00623
时，
Figure C01807046D00624
图45-46表明和
Figure C01807046D00626
这一信息表明如何以某种保持和实现椭圆100的不同特征的方式来共同改变A、B和
Figure C01807046D00627
在前面的例子中，为了实现从动元件42的较大的平移，可以通过上述改变使得振动元件26之间的倾斜角α(图1)近似保持为12°。还可以通过这些改变来保证椭圆100的短轴长度2b(图1，43)始终大于一个给定的值，以便保证振动元件26能够使接触部分44充分脱离从动元件42，不仅避免了不利的从动元件42移动，而且避免了不可接受的从动元件42的磨损。在一个相当宽的参数范围内，可以实现希望的椭圆100，这对于本发明的从动元件42的移动来讲是很有用的。在上面的例子中，从动元件42最好是位于与Ex方向成12°角的方向上。然而，对于一个本领域的熟练人员来讲，应当清楚，通常最佳角度不限于这一值。
参考图1、43和49-51，考虑到从轴与振动元件26的纵轴25对齐的坐标系变换到对应于选定接触部分44的椭圆运动的坐标系是有益的。这可以揭示影响频率响应曲线，并因此影响马达装置20的性能和设计的有效因素。图43说明的是由轴Ex和Ey规定的马达坐标系，其中Ex轴对应于从动元件42的纵轴45(图1)。通过图1的振动元件26上的选定接触部分44处的第一和第二运动分量来产生椭圆100。椭圆100的安装轴用ex和ey表示。
例如，假使第一运动分量位于Ex方向上，并具有一个传递函数，在一个选定的频率附近可以用一个安装的放大因数g1(s)＝A来近似表示。第二个运动分量位于Ey方向上，具有一个传递函数，在一个选定的频率附近可以用二阶共振器来近似表示，其拉普拉斯变换为：
g 2 ( s ) = k s 2 + 2 e &omega; 0 s + &omega; 0 2
这里ω0为(无阻尼的)共振频率，e为由机械系统-此处即为马达装置20-的阻尼所引起的固有的无量纲的阻尼参数。
g1(s)和g2(s)的叠加在ex和ey方向上分别产生传递函数G1(s)和G2(s)。为了便于说明，给出了A＝1和ω0＝1的例子。图49-51表示了对于k＝0.01和α＝25°的G1(s)和G2(s)。从图49到50再到51，参数e是增加的。这两个信号的组合产生了一个工作情况，其中G1(s)和G2(s)之间的相位差经历一个间歇的变化，随着系统阻尼的增加，变得越来越圆滑。这一效果导致一个扩大的频率范围，其中相对的相位差在0-180度之间，这使得较容易确定一个产生适用的椭圆形运动的共振频率。这一频率范围比采用一个简单的二阶振动器的传递函数得到的频率范围宽得多。这样一个特别宽广的相位范围可以与其它的设计特征一同使用，以在所选的驱动频率改变时，帮助选择所产生的椭圆运动100的形状和取向。
由于G1(s)和G2(s)是由压电马达装置20产生的，当用阶数更高、更逼近的传递函数替代G1(s)和G2(s)时，上述的坐标变换的作用就更大。这样的传递函数可以在更宽的频率范围内产生在0-180度之间波动的G1(s)和G2(s)之间的相对相位移
Figure C01807046D00632
，因此使马达装置20受制造容差、材料特性、温度变化以及其它的制造因素和标准的影响较小。
采用纵向和横行运动之间的相移实现希望的椭圆运动。3°-177°之间的相移被认为非常适合于实现适用的选定接触部分44的运动。如果振幅相等，则90°的相移导致一个圆形的运动。最好是(但可选择地)，令相移产生选定接触部分44的非圆形运动，以便得到椭圆运动长轴方向的更大的移动。
可以认为椭圆100在Ex轴以下的部分反应了接触部分44与从动元件42的接合。通过改变椭圆100的形状(即ex和ey方向上的2a和2b)，可以改变接合的持续时间，在某种意义上，可以改变该接合的压力。而且，通过改变椭圆100的取向(即从动元件的轴45和椭圆的长轴之间的倾斜角度α)，可以改变接合的持续时间。随着倾斜角α越来越接近为ex轴与Ex轴对齐，接触部分44与从动元件42的接触持续时间也随之增加。
出于实际的原因，从动元件42的纵轴通常可以置于两个轴Ex和ex之间。但更重要的方面是这些公式表明随着压电22的激励频率的变化，选定接触部分44(即椭圆100)的振幅和相位也随之变化。这表明能够改变椭圆100的振幅和相位，并由此改变驱动从动元件42的运动特性。而且，该公式还表明能够在一个很大的振幅和频率范围内提供这些变化，从而得到以往无法得到的压电元件22的功能设计特性的灵活性。此外，这些公式还表明能够在一个足够的程度上改变接合条件，使制造容差很小，可以远小于采用许多现有的采用压电驱动的马达的制造容差。
从历史上讲，许多这样的制造标准已经是很精确的，但均导致压电振动元件26的高制造费用，马达具有很窄的运行范围和条件。因此采用更宽松的标准提供了在马达生产中显著节省费用但却能提供更宽的运行参数的可能性。
当围绕其椭圆运行路径100移动时，从动元件42的运动方向取决于从动元件42的相对取向和选定接触部分44的相对方向。振动元件26上的不同点可以具有不同的振动形状。通常环绕椭圆路径100的顺时针和逆时针运动的区域，沿着振动元件26的长度方向交替转换。通过将振动元件围绕纵轴25转动180度，可以反转杆状振动元件26的驱动方向。
对于本发明，接触部分44的运动形状是很重要的。这一形状必须能够在一个方向上实现比另一个方向上更大的驱动力。这通常是在选定接触部分44沿着从动元件42的移动方向移动时，增加接触压力来实现的。当接触部分44沿着相反的方向移动时接触压力减小，甚至接触部分44失去与从动元件42的接触。一个重要的方面是如何产生适当的运动。
由于机械噪声和无用的振动椭圆的形状不能总是与理论上理想的路径一致。这可能导致选定接触部分44有时进行不希望的运动，诸如图8所示的运动形式。但是尽管如此这些运动还是经常随振动元件26出现。然而，它们不是用于驱动从动元件42。在接触部分44的三维振动形式的讨论中澄清了这一点。
在描述中将仅着重于两维形式的振动。在实际中，接触部分44在第三维中即在垂直于沿着轴25的驱动力方向和振动元件26和从动元件42之间的接触力的方向—通常是沿着轴45的方向上将拥有一些轻微的移动。这些振动还可能包含更高的频率分量。结果是，如果投影到某些平面，接触部分44的运动可能与图8中的运动类似。尽管可以观测到这一图8中的运动，但是对于驱动从动元件42的振动元件26的运行而言，这一运动是无关的，仅是一个无用运动的副作用。
理想情况下，为了优化性能，椭圆运动100的长轴最好与从动元件42的移动方向对齐。由于许多原因，包括制造容差和性能变化，很难实现理想的对齐。此外即便是椭圆路径100也不是理想的椭圆，可能令随时间变化。电压、电流的变化，电能中断或波动，随时间的老化，电气噪声，机械噪声，电磁干扰等等，都可能影响椭圆路径100的形状和平滑性。因此，希望能够配置一个这样的系统：能够适应实际的变化范围，以便减少制造费用和装配费用，并可产生一个能够适应系统使用期间出现的环境变化和其它变化的系统。由于这种变化，0-5°的对准度将被认为是对齐的，在某种程度上，因为在多数情况下这种与理想对齐之间的偏差不会显著影响这里所公开的系统的性能。
振动元件26不依赖于用于选定接触部分44的运动的行波。但存在于材料中的任何机械波也从其中穿过。在本发明中，这样的波在振动元件26的某些部分反射，引起另一个与第一个行波叠加的行波。这会导致一个驻波，在某些情况下，该驻波可以与选定接触部分44一同使用。几种现有技术的马达也需要一个波，但该波是不安装的，而是行进的，从动元件利用行波移动，或由行波来移动。行波与驻波是不同的。
实际设计方面：
接触部分44是振动元件26为了移动从动元件42而与从动元件42的接触点。该接触部分通常是共振器26的一部分，并最好是在共振器的末端36上。可以移动较重的从动元件42的马达装置20的功率和马达装置20的效率是接触部分44的周期运动和接触部分44与从动元件42之间的接触力的函数。
从动元件44的空间运动是马达的几个振动模式叠加的结果。按由压电元件22所产生的相同的频率，把所有这些模式被激励为不同的振幅和相应的相位。这些模式对希望的接触部分44的运动和由接触部分44所施加的力的贡献是各个振动模式的相应的幅度和相位角的函数。这些振动模式又是马达几何形状、结构关系和材料特性的函数。
为了提高马达装置20的性能，可以采用下面的指标。在选定接触部分44处，要同时满足这些指标，以便优化马达装置20的性能，但如果所产生的马达能够令人满意地运行，可以折衷考虑这些指标中的一个或多个。
选定接触部分44的运动是一个具有长轴a和短轴b的椭圆。如这里所采用的，除非特别指定，椭圆运动或一个椭圆的参照包括具有相等的长轴和短轴的椭圆，相等的长轴和短轴形成一个圆形。该椭圆运动或一个椭圆的参照还包括长轴或短轴中的一个半轴相对于另一个半轴很小的椭圆，这将形成一个接近于直线的伸长的椭圆。
椭圆的长轴最好与从动元件42的驱动方向对齐。长轴和短轴的长度，a和b，要足够大，以实现其希望的应用，最好大到足以为选定应用提供最佳性能。通常，优选的椭圆形状具有相对于短轴“b”加长的长轴“a”，以便提高速度，和一个在椭圆的返回部分期间足以将接触部分44与从动元件42脱离的短轴“b”，如下面所讨论的。如前面所述，认为从3:1到150:1或更大的比率是适用的，尽管更高的比率提供了更线性化的运动，并导致对从动元件更大程度的冲击运动。
当接触部分44在驱动方向上移动时，选定接触部分44处垂直于从动元件42的接触表面的力是很大的，当接触部分44逆着驱动方向移动时，选定接触部分44处垂直于从动元件的接触表面的力是很小的(或为零)。如果该力为零，则接触部分44就失去了与从动对象42的接触。在失去接触的情况下，振动元件26的顶端的反向运动是非常有效的，但在该时间周期中，马达装置20也失去了牵引力。当评估马达的效率和强度时，应该考虑这种牵引力的丧失。如果当接触部分44逆着驱动方向移动时，法向力过大，那么可能会不恰当地移动从动元件，导致性能的损失。
此外，选定接触部分44与从动元件42之间的垂直接触力为接触部分44和从动元件42之间的测量的摩擦力。法向力越大，向马达装置20提供的推力越强。但必须考虑椭圆运动的数千周期的重复接触中所产生的磨损。较大的接触部分44的接触面积具有能够容忍从动元件42与接触部分44接合的表面上的更多缺陷的优势。
在到目前为止所公开的实施方案中，选定接触部分44通常被说明为位于振动元件26的末端36的边缘上，部分原因在于在该位置很容易实现希望的椭圆运动。此外，该边缘位置提供了一个很窄的接触面积和良好的摩擦接合。但是选定接触部分不必一定位于一个边缘上。而且，通常某些材料的磨损将损坏该边缘，在使用一段时间之后，形成一个平坦的或磨平的接触表面44。通常这种磨损不会影响马达装置20的运行或使用。如在另外的内容中所讨论的，接触部分44还可以位于振动元件26的其它位置。例如，接触部分44可以位于振动元件26的侧面，如图62中所示。选定接触部分44不必一定为点接触。因此具体的应用将影响选定接触部分44的尺寸和位置。
接触部分44在驱动方向的位移和法向力是不同相的。当绘制在一个位移/力图中时，这两个量形成了一个椭圆。该椭圆的长轴相对于位移轴的取向提供了另一设计参数。根据该取向，在顶端向前运动期间，或早或晚地产生最大的接触力。从某种意义上讲，可以将其解释为有些类似于锯齿形的运动。因为当椭圆路径100的一个半轴为另一个半轴的5、10或更大的倍数时可以实现适用的运动，对于一个半轴，甚至是相当小的运动也具有潜在的用途。
选定接触部分44的运动是整个马达装置20及其部件的振动的结果。如果激励频率接近于系统的共振频率，并且选定接触部分44位于产生较大振幅的位置，则可以实现选定接触部分44的较大的运动。为了使选定接触部分44的运动在多个方向上都很大，可以将马达装置20有利地设计为在一个选定的频率范围内具有几个集簇的共振振动。例如，如果一个弯曲模式的自然频率接近于纵向模式的自然频率，而且激励频率位于激励这些弯曲的模式和纵向的模式的频率之间，那么所产生的选定接触部分44的运动将具有一个适度的较大振幅。选定接触部分44运动的椭圆性质是由相应的运动的相位差产生的。该相位差部分地由系统的阻尼产生。可以利用这些因素的不同组合来实现希望的接触部分44的运动，和实现马达装置20的其它指标，如功率、可靠性、磨损等。
马达装置20的共振频率和振动模式的绝对和相对位置受到许多参数的影响。可以利用下面的参数来配置一个可接受的马达装置20的设计。
较低的振动模式通常要比较高的振动模式强，因为较低的振动模式存储相对较少的弹性能量，使更多的能量用于通过选定接触部分44来移动目标42。
在频率图中，振动元件26的纵向共振的位置主要受压电元件22和共振器的长度，和部件的材料特性的影响。到目前为止，第一纵向模式是最强的，因此是更希望采用的模式。
在一个频率图中，振动元件26的纵向共振的位置会进一步受到马达悬挂的影响，即受到弹簧钢支架50(图1)或其它将振动元件26连接到机架上的机械装置的影响。如果诸如弹簧50的支架的自然(共振)频率接近于振动元件26的纵向共振频率，则它会将纵向频率分离为两个彼此接近的频率。在这些共振区，这些模式的相位在0-180度之间强烈波动。因此，共振分离可以被用来在一个更宽的频率范围内扩展运行区域，从而使马达更加稳定。
非0和180度的相位差是由阻尼装置导致的。为了在较宽的频率区域内扩大这一效果，可以在振动元件26，或马达装置20的不同部分增加附加的阻尼元件，如阻尼层。而且，内阻尼受到压电22和共振器24的材料特性，及其装配方式影响。这些因素又可能受材料的历史，即制造过程影响。
此外，无论阻尼是系统材料内固有的还是通过设计部件附加的，都可以利用该阻尼，以采用一个主共振模式来激励一个第二振动模式，产生选定接触部分44沿路径100的希望的椭圆运动。前面介绍了椭圆可以具有5、10或更大的振幅比，以使由阻尼激励的振动模式仅需具有由基本振动模式产生的振幅的1/5、1/10左右的振幅。由于阻尼可以耦合振动模式，所以可利用该阻尼来实现所希望的选定接触部分的椭圆运动。
弯曲的共振振动模式主要受压电元件22和共振器24的长度、截面积和形状的影响，也受这些部件的材料特性影响。较低的共振振动模式要比较高的模式强。轴向共振模式的配置和分解准则也适用于弯曲模式。
剪切共振振动模式可能影响到选定接触部分44的纵向运动，尤其是，如果接触部分44位于振动元件26的末端36上，或者在末端的边缘时。共振器24的截面形状影响这些共振振动模式，压电元件22相对于共振器24的位置也会产生影响。进一步参考图2的例子。如果压电元件22的纵轴从共振元件24的纵轴适当偏移，末端36的边缘可能有一个剪切共振，使得末端36的相对的边缘围绕轴40转动。去除靠近于马达中心线的材料可能对这一共振模式产生一个特别强烈的影响。图52中显示了一种沿该中心线去除材料的配置。以下将会对此加以描述。
如果选定接触部分44靠近共振元件26的侧面，扭转共振振动模式可用于支持选定接触部分44的所选择的最好是垂直方向的运动。该扭转共振振动模式通常具有比其它振动模式小的振幅，但它们提供了利用沿振动元件26的长度方向上的不同部分来驱动不同目标的可能性。在图23、25、27、28、29、30、32等的实施方案中，扭转共振振动模式可以用来旋转从动元件42。在图38-40的实施方案中，扭转共振振动模式可以用来平移从动元件42。
当从动元件为伸长的时，如图1中所示的杆状从动元件42，截面收缩产生的共振振动模式没有什么益处。在过大的频率下，截面收缩可以很容易产生可用的振幅。截面收缩遵循泊松(Poisson)效应。在马达的压电元件22或共振器24的纵轴应变最大的地方，即应力最大的地方，这一效应最强烈。因此在压电元件22与共振器连接的地方，无论用什么样的机架来安装压电元件和力很大的连接部分，截面收缩都可能很大。这一收缩可以驱动共振器24的薄侧壁29(图1)的弯曲振动。如果把侧壁29的弯曲共振振动模式调到振动元件26的纵向振动模式，还可以产生另一个自然振动频率的分解，具有类似于前面提到的好处。
压电元件22其所处的共振器24上主要产生纵向的力。将振动元件26的这些纵向力耦合到不同于纵轴25的方向上，可在振动元件26中产生多个其它可能的振动模式，如弯曲的、剪切的和扭转的模式。振动元件26的纵向运动与其它振动运动的耦合强度可以确定振动元件26的不同模式的相应振幅，因此决定了它们对选定接触部分44的振动的贡献。可以通过振动元件26的部件，主要是压电元件22和共振器24的材料特性、几何上的不完善和不对称，来产生耦合。
某些这种耦合通常是粗略确定的，很难分析，也很难测量和设计。因此最好是有精确定义的机械装置。这些装置包括偏离振动元件26的纵轴25，或与纵轴25成一个角度，或采用振动元件26的弹性装置，如弹簧50或类似的元件来安装压电元件22。在采用弹簧50的情况下，振动元件26的纵向运动产生弹簧50的弯曲。迫使安装在振动元件26上的弹簧的端部50b弯曲或扭曲。这种弯曲或扭曲产生振动元件26的弯矩。可以利用弹簧50的配置，如通过将弯曲部分、边缘和类似的修正做到一个金属片簧上，来改变振动模式。而且，如果该设计是适用的，可以使弹簧50在特定的位置更加灵活，更好地确定一个围绕可弯曲部分旋转的旋转轴。如果选择、配置或激励压电元件22使其进行一个非纯纵向运动，也可以实现振动元件26中的振动模式耦合。
在配置振动元件26和马达22时，最好考虑几个附加的因素。这些因素包括：当选定接触部分44与任何部件接触时，其运动椭圆100的取向；当选定接触部分44与从动元件42接触时，选定接触部分44的力-位移椭圆的取向；和当与从动元件42接触时，在选定接触部分44处产生的机械功率的估算。
方向反转
如果振动元件26的运行原理是在一个第一频率下沿一个方向移动从动目标42，则希望采用相同的运行原理在一个第二频率下沿着相反的方向移动该从动目标。这样的一种设计不仅适用于采用椭圆运动运行的振动元件，而且也适用于按其它原理运行的振动元件。第一频率下在接触部分44产生迁移运动的振动元件26的振动模式不必与在第二频率下产生迁移运动的振动模式相同，也不必属于相同的类型。
这一多方向设计的优势是，假定振动元件26的设计适当，实现单一方向运动所需的机械部件，同样可用于在两个截然不同的运行频率下实现两个方向的运动。具体地说，一个单一振动源20，如一个压电元件就足够了。
如果振动元件26的轴25相对于从动元件42的移动方向倾斜，则可以简化多方向设计的实现。此外，在许多情况下，在其中一个运行频率下，接触部分44的运动形状可能不是最适于实现最大的力或移动速度，而仅是实现适当的双向性能的一个折衷。而且，振动元件在一个方向上移动的频率范围不必一定与在另一个方向上移动的频率范围相等。测试表明，一个5kHz的第一频率范围和至少300Hz的第二频率范围可以产生从动元件的相反方向的移动或迁移。
示例设计
具有压电元件22的共振器24的设计的不同修正可以增进振动元件22的性能。下面是一些可能实现的修正。下面这些实施方案可以和先前的实施方案组合。所有箝固压电元件22的方法也可以和不同的安装方法组合。
图52-55显示了一个具有一个共振器24的振动元件26，该共振器具有一个槽112，该槽沿着纵轴25的方向从邻近的空穴28延伸到邻近地末端36，并穿过共振器。槽112最好有圆形的端部和平行的侧面。但该槽也可以具有矩形的端部。与图54中所示的宽槽相比，采用较长的窄槽112是有优势的。窄槽112产生尺寸较大的横梁114，使得制造容差对产生的振动影响很小。如果槽112很大，则通常侧壁114具有较小的尺寸，使得制造上的误差对振动性能的影响较大。
槽112的口最好与孔28处于共振器24的同样的表面上。但不需一定如此，因为槽口可以开在共振器的另外的表面上，取决于所需的振动模式和配置。图55显示的是槽112的口开在从孔28的取向上转过180度的横向表面上。也可以采用不同角度的孔方向，特别是如果共振器24具有一个圆柱体形状时。槽112产生了一个在槽的两个相对的侧面具有两个横梁段114a和114b的共振器，每个横梁段形成共振器24的一部分。
在图52-54中，槽112相当对称地放置，以便产生尺寸近似相等并具有接近的振动模式和频率的侧梁114。但如图55所示，槽112不必一定对称放置，也可以被放置为产生尺寸不同且具有不同共振频率的横梁114a和114b。此外，也可以采用一个以上的槽112。
因此，共振器24的槽112可以在共振器上产生数目增多的横梁114，每个横梁以其特有的特征频率振动，正是由于这个原因而被选用。增加的特征频率导致共振器24的振动的相移数目增多。通过使两个具有非常接近的特征频率几乎相同的梁114a、114b，还可以得到一个具有高振幅的较宽频率范围。
槽112还改变了共振器的质量分布、共振器的弯曲度和共振器24的剪切刚度。这些变化中的每一个都对共振器24和振动元件26的共振频率和共振振动模式产生影响。这就给出了设计上的灵活性，允许一个激励所需的振动元件26的振动模式的较宽频率范围，同时还允许较低的制造容差。
在图53中，用于压电元件22的孔28在邻近压电元件22的部分具有圆角的端部，而不是平直的端部。当压电元件具有方形或矩形的横截面时，压电元件22和孔28的端部之间的接触部分包括两条线。这可以提供更确定的接触。如果孔28是由一个邻近压电元件22的端壁形成的，则该端壁通常不是完全平坦的，也不是绝对垂直于纵轴25。此外，压电元件22的端部也不是绝对平坦的并与中心线(如纵轴25)绝对垂直。因此，当压电元件22的端部与确定孔28的端壁(如端壁31)相邻，则可能不是沿着其中心线压缩压电元件，结果是沿着一个偏离的或偏斜的轴压缩压电元件。该偏移或偏斜的轴可能导致振动模式的变化。根据图9-16讨论了该接触配置的其它解决方法。
图56显示了一个在孔28的两侧具有两个沿着压电元件122的槽的实施方案。槽112开在孔28中，形成一个“H”形的配置，压电元件122安装在“H”的中央。这一配置很容易将压电元件122压装到共振器24中，因为在缩颈之前，侧壁29可以承受更多的形变。
图57显示了一个实施方案，其中孔28是在由定位于中心的槽112确定的一个侧边114中形成的，使得侧边114a在其一部分长度上被进一步划分为114c。这种配置可以具有较高的选定接触部分44处的移动的剪切分量，这一分量与侧边114a的轴对齐。侧边114a上的一个不同的选定接触部分44b可以被用来在一个与用来激励侧边114a的驱动模式的频率不同的频率下驱动一个不同的元件。侧边114上第三个可能的接触部分44c可以代表另一个从动元件被激活时的另一个频率。这也说明，选定接触部分44不需总是处在振动元件26上的同一位置，因为它将取决于多个因素，包括振动元件26的数目、配置和装配，和从动元件或马达装置20的配置。
图58显示了一个在共振器24上具有一个孔116的实施方案。该孔沿着振动元件26的纵轴25延伸，但也可以位于偏离轴25，或相对于轴25倾斜的位置。孔116开在末端36上，但也可以在共振器26的任意表面上形成。孔116最好是圆柱形的，通过钻孔来产生，采用这样的孔可以在较低的费用下维持严格的容差。但也可采用其它的形状，如钻孔可以是拉削的，以实现不同的截面形状。孔116的直径可以根据所希望的效果变化，因为通过去除材料，孔可以改变质量分布，并在孔形成之后改变余留材料的刚度。
图59显示了一个实施方案，在压电元件122之后具有一个较大的质量，该质量位于压电元件122和共振器24的与末端36相对的近端35之间。该额外的质量加强了振动元件26的末端36的振动，当选定接触部分44位于末端36时是很有用的。
图60显示了一个具有多个侧壁29的实施方案。不仅具有靠近压电元件22的坚固的侧壁29，而且还有更复杂的侧壁配置。
图61显示了一个进一步的实施方案，其中压电元件基本上被框架环绕和包围。这一配置类似于在手电筒中插入电池。孔28包括一个近端的孔，孔的端部120具有圆锥形的形状或平面形状，取决于制造该孔所采用的钻孔方式。一个带螺纹的帽122与孔28的端部的相应的螺纹啮合，以将压电元件22压缩放入孔中。该帽122具有一个弯曲的端部124，与压电元件22的相邻端上的帽34邻接，并产生一个点接触。最好是在限定孔28的侧壁29上形成一个或多个小孔126，使得导线30可以连接到压电元件22上。但是也可以采用其它的方法来提供电气连接。如果底部120是平坦的，那么与压电元件22相邻的端部120形成一个区域接触；如果压电或保护帽34(没有显示)是方形的，则形成一个四点接触；如果压电或保护帽34(没有显示)是圆形的，则形成一个线接触。
共振器24最好是机械加工的或铸造的非铁金属，最好是铝。该共振器可以是用合适的材料烧结的。此外共振器可以包括两个独立的部分，通过适当的粘合剂连接到压电元件22的相对的两侧。此外，共振器也可以由合适的陶瓷材料形成。如果是由烧结的陶瓷材料制成，那么在共振器24的烧结期间可以将共振器直接烧结在压电元件上。
从动元件的悬挂：
从动元件42最好是悬挂的，以便能够相对于振动元件26移动，并支撑和移动一个所需的负载。通常是通过将从动元件42的一部分压在负载上来移动负载，例如通过一个线性马达装置20移动一个连接到CD盘的玻璃纤维杆，使CD盘来回进出盘盒。但是在有些情况下，可能从动元件42本身就是所需的负载。从动元件42可以被悬挂在轴承上。费用低廉的方法是将从动元件悬挂在小型轮子上，或采用如同直线性轴承的轴瓦。该轴瓦在杆状从动元件42的情况下运行得很好。轴瓦和一个玻璃或玻璃纤维杆之间较低的摩擦和静摩擦系数降低了马达装置20因摩擦导致的性能损失。为了进一步减小摩擦损耗，希望采用自动润滑的轴承。也可以采用其它的方法。也很容易在一个轴上悬挂类似于轮子或滚珠的从动元件。
当从动元件42包括一个连杆时，还可以将其悬挂在至少四个滚珠上，使连杆可以线性移动。这种采用四个迭尔林(Delrin)滚珠的装配中的静摩擦小于采用四个滚珠轴承时的静摩擦。滚珠最好在良好的槽沟中运行，以便通过连杆移动施加于滚珠上的径向负载。这样，当马达装置20被配置为平移连杆时，可以将连杆开槽，形成一个具有纵向沟槽的从动元件42。沟槽的取向可以根据所需的连杆或从动元件42的运动而改变。而且，沟槽的长度可限定连杆的运动。
也可以将振动元件26驱动的一个盘片悬挂在至少三个滚珠上。这样可以给出三个自由度的盘片运动。也可以采用其它的方法。
可以采用前面讨论的安装振动元件26的原理，以将从动元件42压在选定接触部分44的方式悬挂从动元件。前面参考图6讨论了一个弹性支架。
电子设备
因为马达26具有多种施加于压电元件22的不同信号形式，只要输入信号的功率谱可在所需的驱动频率下提供一个充分大的振动能量，足以实现所希望的选定接触部分44的运动，就可以采用多种不同的电子电路来驱动振动元件26的压电元件22。与需要特殊的高费用的电子设备来产生诸如锯齿波的特定波形的现有技术马达相比，这一性能是有优势的。图63-66显示了某些具体的驱动器电路实例。
图63显示了一个驱动器电路的例子，该电路最好采用一个半桥152，如一个Fairchild Semiconductor公司的NDS8858H半桥。也可采用一个分立的半桥，但由于尺寸的原因，这种半桥不是优选的。可以采用一个特定频率的矩形输入计时器信号在集成的半桥152的输入之间反复切换。这一过程在代表压电元件22的电容器154上产生一个振动波形。但是信号150不必一定是矩形的，只要能够到达可以开关半桥152所需的阈值即可。这样，可以通过一个微处理器，或者通过其它适当的信号发生器，如National Semiconductor公司的LM555计时器电路，来产生信号150。输入计时器信号150被用于半桥153的输入间的切换。半桥的一个输入与输出相连的持续时间由输入信号150来决定，并可以适当地选择。通常，供电电压(VCC)与半桥的输出相连接的持续周期约占这一时间的50％或更少，以便实现电路和压电元件22的最佳能效。如果信号150为高电平，则半桥152中的n沟道晶体管153a导通，使电容器154放电。放电之后，信号150最好变为低电平，使得半桥中的p沟道晶体管153b导通，并对电容器154充电。由于电容器154代表压电元件22，所以这一过程可以无限地重复，这产生了压电元件22的振动运动，由此产生了振动元件26的振动运动(图1)。
另一种方式是，驱动器电路的晶体管153a和153b中的一个可以替换为一个部件156，如一个诸如电阻器的无源部件，或一个诸如恒电流二极管的有源部件。图64显示了这样一种可选的实施方案，其中晶体管153b被替换为一个类似于电阻器的部件156。
依照特定的实施方案，图64、64中的驱动器电路的优势是，它们可以在一个集成电路内实现，如可作为微处理器的一个组成部分。
图65显示了另一个压电元件22的驱动器电路，它采用一个开关谐振电路，该电路具有一个电容器154(压电元件22)，一个电磁储能装置，诸如电感线圈158，和可选的并联连接的电阻器156。采用一个谐振电路来驱动压电元件22的一个优点是能够将供电电压(VCC)降低到电池的电压等级(如3V)，同时又能够维持压电元件22运行所需的较高电压。此外，整个电路除了代表压电元件22的电容器154之外，仅包括三个电子部件。
在图65中，一个输入信号150(类似于先前在图63的半桥驱动器电路中描述的一个输入信号)被用来开关一个控制元件153，如晶体管，使其以一个明确规定的方式导通或关断。通常晶体管153导通的持续时间选择为50％或更小，以便实现压电元件22的最佳能效。当输入信号150为高电平时，晶体管153导通，反向为电容器154充电，同时增加线圈158中的电流。当电容器154完全充电时，线圈158中的电流达到其最大值。此时，线圈158在其电磁场中存储最大的能量，最好将输入信号150置为低电平，使晶体管153不再导通。线圈158中存储的能量维持电流的流通，接下来反向为电容器154充电，导致一个增高的电容器154上的电压，由此增高压电元件22的电压。
当电容器154被完全反向充电时，如果正确调节电路，那么线圈158中的能量会将电容器154两端的电压增加到超过电源供电电压(VCC)。当线圈158已释放了其存储的能量时，电容器154上的电压达到一个最大值，目前电容器154上存储了系统的全部电能。接下来，线圈158的电流反向，导致另一次的电容反向充电。此时或稍后，最好将输入信号150重新切换到高电平，使得能够重复上面的周期过程。
对于图65的电路的运行来讲，电阻器156不是必须的，但它提供了一个定形电容器154的波形和剪切因快速切换流经晶体管153的电流可能导致的电压峰值的方法，因此减小了潜在的电磁干扰，以及不利的频谱中的振动能量泄漏。另外的一个方式中，也可以将电阻器与电感器158串联连接。还有，将电感线圈158与电容器154串联，形成另一种形式的电谐振电路，也是有利的。如果选择该电路的谐振频率，使其充分接近于马达的一个运行频率，则可以实现压电元件22上更高的电压，同时维持较低的电能损耗。如前面提到的，电感器158还可以是由连接电容器154的相同导线形成的线圈。
此外，参考图79-81，可以将线圈158，甚至电阻器156，直接集成到振动元件26中，例如，通过环绕振动元件26缠绕绝缘的导线，来形成一个如图79所示的电感线圈。在这样的一个实施方案中，线圈158的两端可以同时用作压电元件的电气引线，如图80所示。线圈158可以是缠绕在共振器24上，如图30所示，也可以是独立的，如图81所示。这些配置都是将电感线圈158与电容器154并联，因而节省了附加的绕线，尽管线圈158也可以是串联的，有或没有阻尼电阻器，半桥或单个晶体管。
而且，电感线圈158可以安装在靠近压电元件22的位置，这样可以形成电气谐振电路。压电元件22和线圈158的物理的靠近可以减少这些部件的电气连接的固有电阻，并可以使电路的效率更高，特别是因为用于驱动马达的电流的大部分是在该电谐振器中振动。结果是，可以使从包括线圈158和压电元件22的电谐振器到信号发生单元的连线的直径减小，长度增加，因而可以导致较低的电气干扰。
一个电信号源，如一个信号发生器，通过不同的方式，如利用一对导线30，电气地连接到共振元件26上和振动运动源22上。为了沿一个第一方向移动从动元件42，信号发生器产生一个电信号，其频谱的主要频率为相应的运行频率。典型的适用信号包括(但不局限于)纯正弦、三角和矩形波形。类似地，一个频谱主要为第二或第三运行频率的信号可以导致从动元件以第二或第三方向运动。
相对于现有技术的需要特定的非正弦波，如锯齿波来运行，而在纯正弦下不能可靠运行的马达，这里所描述的可以利用不同波形可靠运行的不同振动马达是有优势的。因此，由于施加于压电元件22的信号的质量可以劣于现有技术的马达，信号发生器可以具有较简单的结构，这将导致整个马达系统的费用降低。
此外，希望所有由信号发生器产生的电信号通过一组相同的电气连接，如导线30，与振动元件26，特别是与压电元件22进行联络。当所有的信号通过相同的电气连接进行联络时，不需要一个在不同选定连接之间的切换的单元。这样，与现有技术的马达相比，可以使振动马达进一步简化。而且，某些现有技术的装置产生两个电信号之间的一个相移，然后要通过独立电连接器把信号单独传送给至少一个压电元件，本发明的更简化的电气连接可以避免这种更复杂的设计。这样，与某些现有技术的马达相比，可以进一步减少马达的费用。
如图79-81所示，可以扩展压电元件22的尺寸，使其超出与形成孔28的内壁接合的部分。于是，图中把压电元件22显示为延伸到超出端壁31。这一压电元件尺寸的变化可以用来改变电容器154的值，并由此改变控制电路，如图65中所示的电路的性能。
图65和图79-81中的驱动器电路的一个潜在的缺陷是由于在电容器154上可能会出现负电压。压电元件22是一个极化的电气元件，负电压可以损坏压电元件22。为了修正压电元件可能承受负电压的情况，如参考图66所讨论的，可以提供一个修正的电路。
图66显示了一个适用于可能对负电压更为敏感的压电元件22的驱动器电路。在该电路中，为压电元件22(用电容器154a表示)增加一个第二实际电容器154b，或者如图所示为多层压电元件22(如果它具有多个在电气分离的压电层)，增加一个实际电容器可以表示为两个电容器154a和154b。在电路中，除了现有的电阻器156a之外，还包括另一个电阻器154b。增加两个与电阻器156和电容器154并联的二极管160a和160b。
二极管156a的取向防止两个电阻器156a和156b之间的节点电压低于供电电压(VCC)。由此，电容器154a两端的电压负值不会超过典型的导通二极管两端的电压降(约0.5-0.7V)。大多数的压电元件都可以承受这一小的负电压。
在与前面相同的方式中，如果输入信号150将电路激励进入谐振状态，压电元件22(用电容器154a表示)两端的振动电压的振幅可以大于供电电压(VCC)，但该电压不能变为负值。对于实际的电容154b，也存在类似的结论，也可以选用一个极化的电气元件。此外，如果压电元件具有多个压电层，并且可电气分离的，用电容器154a和154b表示，有利地，图66的驱动器电路仅需要一个单一的控制信号150来驱动该压电元件。
可以看出，对于给定的压电元件22的电输入信号的电压振幅，激励频率刚一低于振动元件26的某个共振频率时，压电元件的电流消耗急促增加，在刚一高于这些共振频率时，该电流消耗急剧下降。对于杆状振动元件26，这些频率通常对应于纵向模式。这一电气效应可以利用很小的费用快速地用于确定一个特定的振动模式，而不需使用特殊的测量设备，诸如激光测振计。如果马达装置20可以运行在这些频率下，则可以利用刚一超过某一共振频率时电流的急剧下降来减小驱动振动单元26所需的电能。而且，电子装置可以配置为自动检测电流的下降，并跟踪发生电流下降时的频率，由此有利地提供反馈。这一反馈可以用于采取优化的运行频率来改变外部地干扰，如温度和湿度的干扰。而且，这种反馈可用于检测马达必须移动的机械负荷。
特殊配置的压电元件：
在某些实施方案中，其中压电元件是被压装入共振器的孔28中，在压装期间，限定孔28的内壁产生弹性和/或塑性形变，以便接受较大的压电元件并产生预压。一种防止压电元件在压装期间受到剪切力的作用和防止压电折断的方法是，在压电的机械接触侧面上放置附加的金属层。但为此所消耗的时间和人力增加了装置的费用。
图67-69显示了一个压电元件22，它具有为压装进凹口28所配置的特殊形状的端部170。端部170不需附加的金属层，不仅节省了费用，而且使机械接触表面较少，因此产生较好的性能。该新的压电形状还可以产生更确定的接触区域。
该整形的端部170在毗邻压电一个边缘处具有至少一个平面172，最好是在该整形端部170的两个相对的边缘处有两个平面172。平面172的内端连接一个有助于拓宽压入压电元件22的孔28的斜面或锥面174。锥面174连接一个平面的中心接触区域176。
有利地，把整形的端部170放置在压电元件22的两个相对的端部，即放置在将与限定孔28的壁相邻，并产生压电元件上的预压的两个端部。相对的两端170上的平面172相隔一选定的端距离，以允许将压电元件22插入到一个未形变的孔28中。斜面174使得更容易将压电元件压入到孔28中。斜面174具有足够的长度和倾斜角，使得插入过程中不会对产生压电元件22造成不可接受的破坏。该特定的长度和倾斜度将随着特定的应用而变。中心接触区域176限定了孔28的最终尺寸，并设定了预压，它还提供一个安装的接触区域，减少了与形成孔28的共振器24的驱动接合面积。这有助于定位接触区域和接合及激励的轴，并有助于改善接合。有利地，端部170的形状是关于中心轴25对称的，因此压电元件可以从两个方向上压装，但不必如此。
为了形成锥面174(一个或多个)和平面(一个或多个)172，可以在生产压电元件22的烧结过程之后，研磨压电元件22。另外，可以在形成压电元件的压制工艺中产生锥面。压制工艺通常是在压电生产工序的层堆置过程之后进行的。在这种方式中，无需附加的工艺步骤。与研磨方法相比，这一方法还有一个优势是电极表面不会有被研磨的危险，这样会导致压电效率的降低。
参考图69，认为下面的工艺适合于生产这种压电元件。尽管给出了本公开内容后，某些本领域的熟练人员可以设计出其它的方法。层叠加工过程起始于下模，在顶部放置第一个压电层。所有其它层都是遵循一般的层叠处理。最后，将上模放置在堆叠之上，然后压制整个堆叠。在压制工艺中，迫使压电元件22接受压模具的形状。
压模具178具有一个配置为可产生图示表面外形的形状。因此压模具178具有平面172、斜面174和中央平面176，以便在由该压模具产生的压制或烧结的压电元件上形成这些表面。考虑到在形成压电元件期间可能发生的收缩和形变，要根据需要对压模具178的外形进行修正。
对于许多被放置在压模具中的压电元件22而言，该组合的表面外形是重复的。重要的是，电极180的相对位置要与压模具的位置相匹配。采用堆叠机可以保证适当的对齐。压制堆叠的元件并产生图67-69所示的压电元件组。
压制工艺之后，将对压电元件进行切削和常规的加工。在切削期间，可以将压模具继续加在层叠上，对稳定性和对齐可能是有利的，从而产生具有上述优点的压电元件。
如果压电元件被制成如图67-68所示的形状，可以产生另外一个优势。通常把电极180印制在压电元件22的侧面上。如果使用通常用来制造多层电容器的机器，则电极180会部分覆盖相邻的边缘，这里包括一部分在凹陷的平面172上的电极。因为这一表面172的尺寸是能够在不产生形变的情况下装入孔28，所以增加的电极层的微小厚度不会影响安装。但是如果电极层180是位于朝着限定孔28的壁压装的压电元件的垂直方形端壁上，那么压电的边缘将会大于没有电极层的中心部位，使得压装更加困难。因此，图67-68的压电形状省去了对清除过多电极材料的要求。
也可以制定生产压电元件的压模具形状，以考虑压电的极化引起的形变。在极化时，平面接触区域176轻微朝着压电元件22膨胀凸起。为了抵消这一极化膨胀，压模具178最好在接触面176处具有一个轻微的凸表面，使得所产生的压电元件22在接触面176出具有一个轻微凹陷的表面。弯曲的大小选择为：在压电元件22被极化后，可把接触面176变为平面。凹陷的程度将随所涉及的压电元件的特定设计而改变。
图76显示一个可能的压装插入顺序。可选择的做法是，首先将一个锥形的塞182插入到孔28中，孔28的边缘最好有轻微的塑性形变，使孔的配合边缘的某些部分加宽。对于所示的实施方案，端壁31与压电元件22接合，并将其置于压缩状态。为了避免在锥面形变期间过度拉伸和折断侧壁29，侧壁31的插入边缘在两个独立的间距内具有单独的形状，否则可能使整个框架受到轴向形变的制约。
当去掉塞182时，具有整形端部170的压电元件22与孔28是对齐的。平面172最好是在有或没有由塞182产生的拓宽边缘时都能够进入孔28。在限定孔28的端壁31上形成的倾斜边缘与压电元件22的斜面174相配合，以提供一个滑动的插入，将压电元件置入孔28中。锥面端壁是有利的，但对于产生压装来讲不是必须的。但是它们还有一个优势，就是如果需要，可以在共振器上产生不对称性。如果要使侧壁29与压电元件22接合并施加一个压缩力，那么可以在侧壁29上或在压电元件22的相应边缘上形成一个斜面。
上面的讨论描述了包含多个压电层的压电元件22。但这不是必须的，因为可以制造一个具有特殊端部170配置的单一压电晶体或陶瓷块。
图77显示了另一种具有优势的将压电元件22压装到共振器24的孔28中的方法。为了阐明这一方法，首先简短讨论一下目标、问题和解决方案。
振动马达26的性能的可重复性要求向压电元件22施加一个连贯的预压。为了适应压电元件22的尺寸变化，同时又实现相同的预压，可以将侧壁29置于塑性形变状态。在塑性区域中，应力-应变曲线的斜率是非常小的，当压电元件22的尺寸变化时，产生很小的预压变化。这样允许最短的压电元件22与最大的孔28的组合，和最长的压电元件22与最小孔28的组合，以在压电元件上产生基本相同的预压。
但是当压电元件22被压装进孔28时，受到一个摩擦力的作用，该摩擦力在压电元件上导致很高的剪切力。因为压电材料是很脆弱的，所以该剪切力可以将导致邻近的压电材料层的分离。为了避免剪切力作用在压电元件上，可以增加保护盘34、84来承受该剪切力。这样不仅减轻了压电元件22上的应力，而且由于保护盘起到引导压电元件进入孔28的作用，因此有助于压装。
为了减少振动马达26的费用，也为了改进压电元件22和共振器24之间的耦合，希望在没有诸如盘34、84的任何保护层的情况下压装压电元件22。以下过程可以通过在压装操作期间将作用在压电元件上的力减小到一个常数和较低的水平，以及通过增强压装过程的可控性，从而更容易使其自动化，来实现这一操作。
目的是使侧壁29的大部分的拉伸不是由压入孔28中的压电元件来完成，而是由另外的机器来产生拉伸。这一机器通过一个如图77中所示的力P来拉伸侧壁29。具有锥形边缘82的压电元件位于共振器24的孔28的顶部，通过一个力F压入孔28中，力F最好是不变的，其本身不足以将压电推入孔中。力F也不足以导致压电元件22的损坏，特别是不足以引起可以导致压电材料脱层的剪切力。
在通过增加力P使侧壁29拉伸期间的某一时刻，压电元件22开始在力F的作用下滑入孔中。通过将力F设定为一个特定的值，压电元件22和共振器24之间的剪切力被限制为所产生的法向力和摩擦系数的乘积。所产生的法向力等于所需的预压力减去压力P。
一旦压电元件22开始滑入孔28，需要机器停止对侧壁29的拉伸，因为不然的话，所产生的压电元件上的预压将会减小。
可以通过两个原理，即负载控制或位移控制之一，来控制施加压力P的牵引机器。负载控制涉及的是控制所施加负载和测量所产生的位移。位移控制正好相反：控制位移和测量产生的负载。为了防止过度拉伸侧壁29，对这一应用最好采用位移控制。
例如，可以采用一个螺旋结构，或采用气压或水压缸来施加牵引力P。采用一个或几个诸如螺旋形的弹簧施加压力可能是有优势的。也可以采用类似的结构来施加力F。一旦压电元件已经滑入孔28中，力F就不再必须为一个常数。此时，增加压力F来加速插入过程是有利的。
侧壁29可以是朝着或背离穿过孔28的纵轴25弯曲的。如果侧壁29是背离穿过孔28的纵轴25弯曲的，则通过向相对的侧壁29施加相反的压力，可以迫使端壁31分开，从而允许压电元件插入孔28中。一旦撤掉朝着彼此靠近的方向压迫弯曲侧壁29的力，压电元件22就被置于压缩状态。有利地，在朝着彼此靠近的方向压迫弯曲的侧壁29来扩大端壁31的间隔的过程中，侧壁29上的应力超过其弹性限度，以便实现这里讨论的优势。
类似地，如果侧壁29使朝着彼此靠近的方向弯曲的，那么通过在侧壁上施加一个压力，迫使其相互分离，则端壁31朝着彼此分离的方向移动，从而允许将压电元件22插入到孔28中。一旦撤掉朝着彼此分离的方向压迫弯曲的侧壁29的力，压电元件22就被置于压缩状态。有利地，在朝着彼此分离的方向压迫弯曲的侧壁29来扩大端壁31的间隔的过程中，侧壁29上的应力超过其弹性限度，以便实现这里讨论的优势。
除了通过利用斜面82或174(图67-69)使压电元件22锥形化，也可以将孔28的边缘锥形化。并可以使两个部分均锥形化。如果压电元件22和孔28都不是锥形化的，则压电元件22在压电元件与孔具有相同尺寸的位置处开始滑入孔中。这样就产生了对齐的问题，并需要非常精确的控制，以避免侧壁29的过度拉伸。因此，希望至少一个配合部件被锥形化。
这里所描述的压装方法也可适用于所有其它的压装。例如，具有压电元件22和共振器24或框架的振动马达26。
近似步进马达
参考图70，振动元件26可以在一个选定激励频率下运行，该频率与用于马达装置22的常规运行的任何频率不同的，因此不会沿一个指定的方向平移从动元件42，而是在从动元件42本身激励出一个振动模式。如图70所示，其中杆状从动元件42的激励模式具有节点190。如果从动元件是一个如图4中的旋转物体，也可观察到类似的节点。
在这种情况下，连杆42趋于改变其位置以使接触部分44变成以节点190为中心。根据最接近于接触部分44的节点情况，这导致一个连杆42的向前或向后的运动。因此，通过沿着从动元件寻找一个特定的位置，马达装置22可以提供位移增量，体现出步进马达的特征。自然，其步长是由从动元件42中所激励的特定振动模式决定的，并将根据所激励的模式的不同而变化。
令从动元件42以以知节点190为中心，以将从动元件42移到一个预定的位置。这样消除了振动马达26常规运行期间可能累积的定位误差，并可以在不需位置反馈的情况下，提供马达的精确性和可重复性。这种运行模式需要从动元件42的实际位置处于距希望的节点190的某一距离之内，使共振振动产生朝着希望的节点方向的运动。
从动元件42的悬挂影响从动元件42的自然振动模式的频率和节点位置。因此，为了使从动元件42步进移动，在选择合适的激励频率时必须考虑悬挂的影响，以实现通过节点190所实现的这一定位移动。相反，悬挂的设计可能受到对特定激励频率的需要的影响，和设计用来实现这些频率。因此，提供了一种方法和装置，利用从动对象的振动节点将从动对象移动到一个已知的标定位置。
位置检测
有些情况下，需要精确了解从动元件42相对于振动元件26的位置。参考图71，图71说明了采用压电元件22的振动或声波脉冲的特征传播周期来监测从动元件42的位置的实现过程。可以通过测量机械振动脉冲从振动元件26移入和穿过从动元件，或者相反过程所用的时间，来确定从动元件42相对于振动元件26的位置。振动脉冲可以是由压电元件在振动元件26中产生的，或由某些其它的发生装置198，如一个螺线管驱动一个弹簧的冲击装置、或它机械或电子装置在从动元件42中产生的。
可以采用一个安装在从动元件42的末端附近及从动元件的一个已知位置的接收器196，如一个压电扩音器来检测压电元件22产生的脉冲，该脉冲足以在选定接触部分44处产生一个冲击振动。或者，可以利用压电元件22，通过压电材料本身具有的将一个机械运动(如选定接触部分44的机械运动)转化成电信号的能力，来检测脉冲发生器198产生的振动脉冲。
压电元件22也可以检测较早产生的振动脉冲。这要求脉冲通过振动元件26和从动元件42传播，并在从动元件42的一个位置，如从动元件42的末端得以反射，并返回到可以检测该信号的压电元件22。采用类似的方式，检测器196可以通过反射来检测一个由脉冲发生器198产生的脉冲。
可以选择振动脉冲，使得其功率谱在导致从动元件42运动的频率下不包含显著的振动能量。或者可以将振动脉冲结合到压电元件22的运行输入信号中，例如，以短暂间歇的形式。因为振动元件26和从动元件42的几何形状和材料特性是已知的，以及振动元件26上的接触部分44的位置也是已知的，所以所监视到的脉冲发生和检测之间的时间差可表示压电元件22和接收器196或从动元件42的末端之间的距离的特性，或者就是压电元件22和接收器196或从动元件42的末端之间的距离的特性。
在某些不同的位置检测实施方案中，希望压电元件22在位置检测之前暂时无效，以便使不需要的振动衰减完毕。然后，可以发出并检测特定的信号，此后恢复振动元件26的运行。这些实施方案的一个优点是，如果把压电元件22用作一个检测器和激励器，则仅需一个单一的压电元件移动从动元件42，并提供位置反馈。
压电元件22或一个脉冲发生器198中产生的脉冲在机械阻抗发生急剧变化的任何表面都会产生反射。这些表面包括振动元件26的相对的端部和从动元件42的相对的端部200。某些这种反射是不利的，必须被屏蔽，或者可用与位置检测脉冲区分开来。实现这一要求的方法包括(但不局限于)使诸如从动元件42的末端200b的某些反射面倾斜、产生阻尼作用或变得粗糙。在本公开内容的基础上，可以设计出其它的方法来改变端部200，以能够判别出用于位置检测方法和系统的端部反射信号。
图72显示了一个不同的位置检测实施方案，该方案采用一个电阻位置检测方法，以一种类似于集成电位计的运行方式，采用电阻性从动对象的特性电阻来监测从动对象的位置。选定接触部分沿从动元件42的长度方向的位置改变一个被检测的电阻，并用来确定元件的相对位置。
为了便于说明，从动元件42包括一个圆柱形连杆。从动元件42由一个电阻性材料制成，或由一个全部或局部涂有电阻性材料204的电气绝缘材料制成。一种充碳酸气的塑料材料适合上述两种应用。由于振动元件26和连杆42的两个相对端部中的一个端部之间的选定接触部分44的电阻取决于接触部分44相对于连杆42的位置，所以可以通过测量连杆42的一个端部和振动元件26之间的电导或电阻来确定该位置。
测量该电阻所需的电压可以很小，可以将其施加于振动元件26和连杆42的一个远端之间。最好是，从动元件42的一个端部连接到供电电压的正极，其它一端连接到供电电压的负极。通过测量振动元件26上的电压，如通过电压表204，可以得到精确的位置信息。
除了将所需电压直接施加到从动元件42的末端200a和200b之间，该电压还可以施加到支撑从动元件42的轮子或轴承46上，假定轮子或轴承46是由电导材料制成的，并且彼此之间以及与振动元件26之间是电气绝缘的。在一个这样的实施方案中，必须考虑轴承46和从动元件42之间的接触电阻。
一个用于所述的实施方案的带适当涂层的非导电从动元件42可以是从一个足够厚的塑料板上切割下来的，该塑料板在先前被浸入导电漆中并进行了干燥。这样在板的外表面形成了一个导电层。然后将该板切割，产生两个具有非导电层的相对的边缘的长条形。这样，除了由板的边缘制成的条或杆之外，切割工艺有利地在从动对象(条或杆)的两个伸长的侧面上显露出不导电的塑料，使导电漆形成一个环绕从动对象纵轴的伸长电阻202。可以通过进一步从从动元件的一个端部200a或200b上去除导电层，来修正这一实施方案。根据测量振动元件26和一个接触点，如轴承46a或46b之间的电阻，来确定位置。
还可以将导电从动对象用于位置检测实施方案，首先在从动对象的适当位置涂上一个绝缘层，然后再涂一个电阻层。例如，可以在金属杆状从动对象的面对轴承的一个侧面上采用一个绝缘层。在该层的顶部，采用一个电阻层202，使其仅在连杆42的端部与下面的金属相接触。这种情况下，由轴承和连杆42之间的电阻来确定位置。
其它的变型和优点
与现有技术的压电马达相比，本发明的马达26仅需一个压电元件22和一个产生运动的电子激励。由于采用了共振振动模式利用一个单一激励频率来产生椭圆运动100，所以压电元件比其它双向压电马达的压电元件小，从而使整个马达26较小。
本发明能够可以很好地提供从动元件42的线性运动。传统的方法是采用一个具有一个驱动齿轮和齿条的齿轮箱的装置的马达。本发明的马达装置20提供了一种比现有技术的马达更简单、费用更低的装置。因为选定接触部分44是通过摩擦与从动元件42接合的，所以如果从动元件受到外部的推力，反向驱动马达，也不会使马达损坏。相反，这种运动运动摆脱了常规电动马达的所用的齿轮。
本发明特别适用于低成本的装置。这一简单的设计可以不需精密制造和维护费用。它允许采用低成本的制造方法和廉价的压电元件。反过来，这种设计也产生比其它压电马达低的功率和效率。但可得到的功率和低成本使本发明的实施方案特别适用于许多传统的市场，如玩具、办公设备和家庭自动化。下面给出了某些振动马达26应用的说明性实例。但这种马达的一个显著优势是其尺寸和简单性，可导致成本的降低。
振动马达装置20的尺寸可以小到.4×.4×.8英寸(1×1×2厘米)，以一个0.1-3牛顿的力，将使动元件42每秒钟移动0.5-10英寸(1.3-25厘米/秒)。合理的驱动单元的尺寸可以小到.6×.8×.8英寸(1.5×2×2厘米)，其力矩和每分钟转数取决于旋转从动元件42的直径。振动马达装置的电压可以根据电路的设计和所需功率变化，但可以在3V、6V、12V、24V、48V、110V和220V中选择。也可以采用其它的用户指定电压。因此具有一个很宽的可用于振动马达26的运行电压范围。
振动元件26的尺寸可以很小，可以小到2×3×10mm2。与电动马达相比，振动马达20仅需一半的费用。这种马达26可以产生线性运动、旋转运动、或既有线性运动也有旋转运动，当断电时可以产生阻塞力。它们启动和停止的延迟不超过0.6毫秒，由于没有齿轮，因此没有啮合间隙，在不使用齿轮的情况下，可以提供快速的运动，也可以提供慢速的运动。因为是在超声波的范围内驱动的，因此不会产生可闻的噪声。这种马达不需润滑，使用无毒材料。它们非常精确，如果需要，可以在微米级的范围移动。通过控制通电的时间，可以实现不同的速度和距离。它们不会产生磁场，没有电刷放电，没有感应电压尖峰。
振动马达26的这些优势使其非常适用于在CD-ROM中用作盘传送装置，在扫描仪中移动滚动或旋转部件，在打印机或复印机中传送或引导纸张。在家庭自动化应用中，振动马达26可以启动空调部件，自动窗帘、照明控制和开关、灰尘敏感装置的防尘门、自动锁，或运动检测器的部件。振动马达26还可以用于遥控操作的照相机，如安全照相机的定位、摇镜头、倾斜或变焦。
能够直接接合和驱动玻璃所产生的优势是，可利用振动马达26来控制家中、零售店、剧场、美术馆、博物馆、旅馆和饭店的重点照明的位置和聚焦点。在汽车应用中，振动马达26可用于位置镜、车头灯和空调通风孔，和启动自动锁。马达装置20的类似步进的运行允许在一个计算机的控制下存储和检索几个驱动器中每一驱动器的机械设置，如反射镜的位置。
存储位置信息的计算机和可定位的马达20的组合可以用于许多自动调整其位置的传感器中。这些应用包括光学传感器、这些传感器的透镜清洁装置、利用振动马达26开关的防护罩、自动对准装置、近似的激光器、和对多种需要通过简单的马达移动很小部件的产品调整。
由于低成本、小尺寸和低噪声的优势，振动马达26特别适用于玩具应用。玩具娃娃可以具有由马达26移动的肢体和操纵的眼睑。遥控汽车可以由马达26控制驾驶。可以提供动画玩具书。铁路模型可以具有岔道、起重机、信号、道口和其它驱动的部件。而且，振动马达26可以将电阻做成液体的，如水，采用适当的修正和涂层，可以提供多种运动。很低的输出力减小了伤害的可能性。也可以将提供给压电元件22的电气运行信号与一个包含非运行的可听频谱的电信号混合在一起。在一个这样的实施方案中，压电马达20还可以用作一个简单的产生声音和音乐的装置。
本发明的优势是，马达装置20的费用低于相应功率和速度的传统马达。马达装置20的尺寸和重量也是很小的，本发明能够产生格外小的马达。该马达可以实现从动元件42的类似于步进的运行，可以在无需使用从动部分上的定位传感器的情况下来定位从动元件。马达装置允许使用很快或很慢的驱动速度，而且不需齿轮箱。因为马达不需齿轮，因此没有与齿轮传动相关的齿间隙。马达装置20允许平移、转动、或同时平移和转动从动元件42。从动元件42拥有1微米的定位精度。运行频率可以选择为不会产生人能够听到的噪声，使马达安静地运行。由于没有磁场和火花放电，马达装置20及其振动元件26适用于对电磁干扰或火花敏感的环境。马达装置20的快速反应时间允许采用二元状态控制器进行控制，比PID控制器更容易实现和费用更低。
本发明的进一步的优势是，一个振动元件26具有一个压电驱动元件22和一个共振器24，将从动元件有利地维持在压缩状态。可以为用户提供该振动元件与一个诸如弹簧10的弹性悬挂系统的组合，用户根据自己的决定将这些元件应用于不同的从动元件。这些部件被有利地设计和配置为共同产生一个选定接触部分44的椭圆路径100，以用于一个或多个预定的应用，或一个或多个类型的应用。可以以一个单元的形式提供这一组合，可用也可不用弹簧50。因此，一个用户可以利用这些部件来驱动多种从动元件42。
另外，可以为用户提供一个完整的马达装置20，不仅包括压电元件26和诸如弹簧50的弹性装置，而且还包括按照一个与振动元件26的预定关系支撑的从动元件42。在这种情况下，马达装置20最好是连同一个悬挂的从动元件42，例如一个线性马达的连杆，被装在一个罩中。在这种情况下，马达装置20和从动元件42易于安装，和按照用户的意愿运行。该装置可以与其它马达中所用的从动元件一起使用，或可用作采用这些部件的产品的一部分。这种驱动元件和悬挂元件使用户能够得到具有很大的应用灵活性的低成本驱动装置。
从动元件42最好具有一个光滑坚固的与选定接触部分44接合的表面。从动元件42可以有多种形状，例如，可以是一个圆盘、一个连杆、一个轮子、一个齿轮、一个横梁、一个滚珠等等，只要在选定接触部分44和从动元件42之间能够维持一个基本不变的接触力即可。这样为设计者提供了一个宽范围的实现马达装置20的可能方法。
有利的是，马达装置20被装在一个罩中，以保护该装置，免受灰尘、其它外部的无关接触和潜在的损伤。该罩可以用塑料通过注模工艺制造，或者由金属板制成。最好设计为通过铆钉接头来组装。这种组装避免了使用费用较高的方法(包括螺纹紧固件)，有利于全自动装配。
这样为最终用户提供了很容易设计实现的低成本和小型的马达单元的可能性。为了增加使用的灵活性，基座10或外罩可以具有安装孔或其它的安装装置，使其更容易安装在最终用户产品的端部。如果特定设计的基座52或外罩的具有足够的容积，那么可以对基座52和/或外罩单元进行特殊配置，以符合用户的安装要求。
这样，提供了一种装置和方法，用于产生一个具有第一半轴和第二半轴的椭圆100，其中第一半轴的长度有利于在沿着椭圆路径100一个或多个的运行方向的运动分量期间，产生一个选定接触部分44和从动元件42的接合表面之间的摩擦力的差值。有利地，这一椭圆运动是由一个单一的激励频率产生的，该频率提供给一个压电元件22，产生至少两个振动模式，来形成椭圆路径100。这一椭圆运行100是通过激励至少两个振动模式来实现的，两个振动模式中，至少一个，最好两个都是非纯纵向模式和非纯弯曲模式，这些模式的叠加产生选定接触部分的椭圆运动。有利的是，该椭圆运动100可以在不必令选定接触部分44与任何从动元件42接触的情况下实现。
采用非纯纵向和纯弯曲模式的实际结果是，限定选定接触部分44的椭圆运动的长轴相对振动元件26的纵轴有一个角度。椭圆路径100的长轴和短轴与现有技术的振动装置的通常情况不同，它们不与共振器的纵轴25对齐。椭圆路径100与纵轴25之间的角度最好不接近与0°或90°的倍数。为了描述方便，将参照图1中的部件在第一象限的取向来描述该角度，但是一个本领域的熟练人员将会意识到这些部件可以旋转到其它象限，或可以改变部件的取向—而不会改变此处所讨论的相对角度。
因为当椭圆路径100的纵轴与从动元件42的运行路径对齐时可以实现最大的运动和最快的移动速度，所以振动元件26最好与从动元件42之间成一个角度，以便将这些轴对齐。如果椭圆路径100的长轴与从动元件42的纵轴对齐，那么可以认为所讨论的这一角度就是前面讨论的角度α。通常由于实际的原因，要折折衷考虑椭圆路径100的长轴与从动原件42的纵轴的最佳对齐状态。
因为椭圆运动100与共振器24的纵轴25之间成一个角度，所以可以采用具有较大纵横比的椭圆运动。椭圆路径100的长短轴之比最好超过5，更有利的情况是超过10，最好超过20比1。但是如果半轴过小，当椭圆与从动元件对齐时，选定接触部分可能不能与从动元件充分脱离，因此30：1或更大的比例是很难实现的，特别是在低成本的情况下。而且随着该比例的增加，性能接近一个冲击驱动振动器元件的性能。因此，150：1以上，甚至30：1的比例都是很难实现和使用的。最常用尺寸的椭圆路径100具有3：1-150：1的纵横比，该比例最好是4：1-30：1，理想情况为5：1-15：1。如果纵横比达到和超过150：1，那么产生的效果主要是用于冲击驱动类型的装置。
实现选定接触部分44的椭圆路径100所需的振幅最好是利用小输入信号的较大放大倍数来获得。这样需要选择或产生振动的共振模式，使其充分接近于用来实现可用振幅的选定输入信号。有利地，对于压电元件22的每一伏输入电压，选定接触部分44可以实现沿椭圆路径100的长轴运动0.3-0.5微米。最好是，对于每一伏输入电压，选定接触部分44实现沿椭圆路径100的长轴运动是1微米或更大。这些运动是共振振动模式放大的结果，即把移动放大至少100倍，通常为1000倍或更大的倍数。
可能，但不希望，采用一个很小的共振放大倍数，而是提供一个较大的输入信号来实现所需的振幅，以在选定接触部分44处产生一个可接受的的椭圆路径100。如果产生可用的椭圆路径100的振动模式中的一个是非共振的，那么可以增加压电元件22的电输入信号，以便足以导致一个可用的，足以驱动从动元件42的椭圆运动。这样，在某些应用中，适于使一伏压电元件22的输入电压沿着椭圆路径的长轴产生20-50纳米的运动，但是希望能够产生100纳米或更大的移动。
因此，当利用一个第一电信号激励振动源，诸如压电元件22时，选定接触部分44按照一个具有一个长轴和短轴的第一椭圆路径移动，第一电信号产生至少两个振动模式，叠加产生第一椭圆路径100。最好是，振动模式中的至少一个不是纯轴向模式和纯弯曲模式。当两个振动模式中的至少一个是非共振时，第一电信号被充分放大，产生至少一个能够产生选定接触部分44的运动的非共振振动模式，该运动具有足够的振幅，使得椭圆路径100可以在使用期间移动从动元件42。如这里所用，一个非共振模式的标准是指一个充分偏离共振模式的振动模式，所导致的运动不会产生一个有用的椭圆运动，即不足以驱动从动元件42的移动。
有利地，选定接触部分44无需与从动元件42接合即可实现所希望的椭圆运动100。根据由角度α反映的接合角度，接合可以产生可能影响到椭圆路径100或所导致的从动元件42的最终运动的冲击或弯曲，可以对这些效应采取适当的补偿。
如上面所提到的，在一个不与振动元件26的纵轴25对齐的安装坐标系中，选定接触部分处的椭圆路径100的产生是最容易确定的。采用一个坐标变换，对运动进行调整，使得椭圆路径100的一个轴与振动元件26对齐，或最好与从动元件42对齐，这一坐标变换允许对椭圆路径100的实际应用进行评估。
如果希望由一个单一的振动元件26产生从动元件42的多个运动，那么选定的椭圆路径100可能是几个不同频率的，如果需要，可能是在几个接触部分44的椭圆路径的折衷。如果希望由一个单一的压电元件22来产生多个运动，那么用来实现不同的椭圆运动的频率最好充分不同，明确区分频率及其产生的运动。间隔独立运动的频的裕量，最好至少与可在其上实现充分均匀的椭圆运动100的频率范围相同。由此，例如，如果第一椭圆运动100是在一个第一频率的正负2.5KHz的频率范围内实现的，那么对于一个5kHz的整个频率范围，有利的情况是第二频率与第一频率至少相差5kHz，最好更多。
理想情况下，椭圆路径100的长轴与从动部件42移动的轴对齐。如图1中所示，该对齐的角度对应于压电元件26的纵轴25和杆状从动元件42的移动的轴45之间的角度α。如果从动元件42仅沿一个方向移动，则可以实现这种对齐。但当采用同一振动元件26沿相反的方向移动从动元件42时，很难或不可能实现相应的对齐，特别是在两个方向上都对齐。而且，如下面所讨论的，即使当仅采用单一方向的从动元件42的运动时，考虑双向运动的对齐也是有利的。
将利用图82来说明对这种对齐的考虑。图82说明了一个第一椭圆路径100a，具有一个长轴ex1，用于沿着一个第一方向移动从动元件42，和一个第二椭圆路径100b，具有一个长轴ex2，用于沿着一个相反的第二方向移动从动元件42。相对于从动元件42的轴45，长轴ex1倾斜一个角度β1，长轴ex2倾斜一个角度β2。轴45可以被看做与从动元件42在选定接触部分44处沿从动元件42的运动方向的切线平行。沿着第一方向的运动，即由椭圆100a产生的运动通常是最容易实现的，通常将使椭圆100a的长轴ex1最接近于与从动元件42的轴45对齐，而长轴ex2与轴45之间不十分对齐。这样，当首先选择β1时，通常β1小于β2。但是不需总是一定如此，因为如这里所讨论的，椭圆路径100a和100b的最终选择是折衷考虑几个因素的结果。
理想的情况是β1和β2等于0，这样椭圆100的长轴和短轴都尽可能地与希望的从动元件42的运动精确对齐，但对于多方向的运动而言，这是很难实现的。对于希望运动相同但方向不同的双向运动，相对于从动元件42在选定接触部分44处沿从动元件42运动方向的切线，β1和β2的范围将为5°-40°。该角度可能会达到40°-45°，但这是不利的。非常希望角度β1和β2最好使椭圆路径100a和100b的长轴与从动元件的运动方向对齐，并且最好在0°-5°的范围内对齐。如这里所采用的，因为部件的取向可以通过相对于横轴的90的不同倍数增加这些角度，因此给定的角度应该理解为相对的角度，而不是绝对的角度。这样，例如，长轴和从动元件在0°-5°之内的对齐标准包括了横轴X的相对侧面上的角度，如附图中所示。因此，包括了相对于一个公共的测量轴的一个360°-365°的绝对角度。
如图82中所示，角度是相对于平移传送杆42的轴45而言的。但是，从动元件42可能包括一个旋转的圆盘(例如图4)。如果β1和β2相对于从动元件42在选定接触部分44处沿切线方向的角度约为5°-85°，则可实现可用的、但有时是不希望的性能。如果β1和β2的范围为5°-35°和55°-85°，则可实现优选的性能，如果β1和β2的范围为15°-25°和65°-75°，则可实现最佳的性能。
如上声明或暗示，由于相对于0°和90°轴的对称考虑，上述的范围可以相对于公共的初始轴在绝对数值以90°为增量加以变化。上述讨论和角度范围适用于多方向运动。
为了实现希望的角度β1和β2，角度α应维持在前面所讨论的范围内。所用的β1和β2的特定组合通常选择为，使椭圆路径100的长轴尽量精确地与从动元件42的轴对齐。对齐越精确，沿选定的运动轴45的从振动元件26到从动元件42的运动传递越有效。
但是根据讨论的不同角度，可以注意到，导致沿定位于β1和β2角度的椭圆路径100的可用振动运动的共振器24的选定振动模式，既不是纯纵向模式，也不是纯弯曲模式。因此，在选定接触部分44处产生椭圆运动100的过程中，角度β1和/或β2使椭圆路径100a和100b的长轴和短轴不与振动元件26的共振器24的纵轴对齐。此外，角度β1和/或β2也使椭圆路径100a和100b的长轴和短轴不与振动元件26的纯弯曲模式，如图1中的轴38、40方向对齐。诸如振动元件26的驱动元件和从动元件42之间的角度α是变化的，以便允许长轴和短轴与从动元件42所需的运动方向有利地对齐。
这也意味在选定接触部分44处产生椭圆路径100a和100b的振动元件26的振动模式，具有至少一个振动模式，它不是沿着轴25纯纵向振动模式，和不是一个纯弯曲模式(例如，对于图1所示的配置，是沿轴38、40方向)。因此，例如，选定的用来产生椭圆路径100a的两个振动模式最好不包含一个共振器24的纯纵向模式或纯弯曲模式，以便产生选定接触部分44的第一椭圆运动100a，对于产生第二椭圆运动100b的振动模式也是一样。如果采用一个纯纵向模式或纯弯曲模式来产生第一椭圆路径100a，那么为了产生用于椭圆路径100b，用来产生第二椭圆路径100b的振动模式不必包含一个共振器24的纯纵向振动模式或纯弯曲模式。此外，如果采用一个包括一个沿轴25的纯纵向振动模式，那么希望轴25相对于从动元件42倾斜一个角度α，该角度不能是0°和90°或90°的倍数，最好是在约5°-85°或它们的倍数之间。
相对于从动元件42的角度β1和β2越大，接触点在选定接触部分44和从动元件42之间产生的冲击越大。当一个或两个椭圆路径100a、100b的纵横比变大，使得一个轴比另一个轴大得多时，该接触点接近于一个冲击驱动的接触点。可以使椭圆路径100a、100b中的一个具有高纵横比，足以使产生的运动可以被有效地认为是一个冲击驱动，使另一个椭圆路径具有一个较低的纵横比，产生一个非冲击驱动。有利的情况是，避免产生一个纯冲击型驱动的椭圆路径100的纵横比。
此外，可以利用本公开内容的讲解来配置一个具有很高纵横比的方向相反的椭圆运动100a和100b的振动元件26。当椭圆长轴和短轴的纵横比变得足够大时，环绕椭圆路径的特定方向的运动就不能决定从动元件的移动方向。而是长轴相对于从动元件的倾斜角β变成决定运动方向的决定性因素。因此，可以在同一(或不同的)选定接触部分44采用两个高纵横比的椭圆路径100a和100b，来产生一个在同一方向上移动从动元件42的冲击驱动。的确，可采用本公开内容的原理，使一个单一压电元件24在两个不同的频率下，产生两个纵向共振模式，每一个模式都被用于一个冲击驱动中。
不管是否采用高纵横比的椭圆运动来逼近纯冲击驱动，或者不管是否实现一个纯线性运动来达到一个冲击驱动，都可以在两个分离的频率下实现从动元件42的运动。但是采用两个频率可能导致从动元件的不同运行速度。如果采用高纵横比的椭圆运动，其中椭圆运行的方向(如顺时针-逆时针)发生变化，或者角度β发生变化，那么不同频率导致的从动元件的运行速度差值增大。此外，即使采用一个以上的压电元件22来产生多个用于冲击型运动的频率，或采用振动元件26的主要的纵向共振来产生实际的冲击运动，这里的讲解也是可用的。
希望在振动驱动元件22的尽可能大的激励频率范围内，角度β1和β2是基本不变的。例如，如果在2kHz范围内的振动驱动元件22的激励频率信号在角度β1的变化不超过5°的选定接触部分产生椭圆运动100，那么该振动系统变得更容易设计，更易采用性能参数容差较大的部件。希望在尽可能大的激励频率的范围内，角度β1或β2的变化小于10°，最好是小于5°，理想情况为小于3°。这允许振动元件26的主轴25和从动元件42的运动轴45之间的倾斜角α具有适当的容差，并允许采用在可承担的价格下能够获得的具有容差的部件，产生可接受的运动。特别是，如这里所讨论的，允许在广泛的商业应用中使用低成本的马达。
因此，希望当输入于压电元件22的驱动信号的频率在选定频率前后变化不超过200Hz时，选定接触部分44沿着近似相同的椭圆路径100移动。有利的情况是，当驱动信号的频率选定频率的前后变化大到2.5kHz或更多时，可近似实现相同的椭圆路径100。因此，希望振动源22的激励频率可以在选定频率的前后两侧有多达2.5kHz的变化，最好更大些，而仍能够产生倾斜角度为β1和β2的椭圆路径100的合适的振幅。在相应的条件下，希望在5-10％的选定激励频率范围内能够实现合适的椭圆路径100，在该频率范围内，倾斜角β1和β2的变化小于25°，最好是小于10°，理想情况为5°或更小。这一能力将随特定的设计标准和性能要求而改变。
一种在一个相当宽的激励频率范围内有助于维持倾斜角β1和β2基本不变的方法是，改变这里所讨论的马达的不同设计参数。上面讨论的数值为25°，最好是10°，理想情况为5°或更小的角度都被认为是基本恒定的，约5°或更小的角度是最优选和最接近恒定的。通过采用角度β1和β2产生的相应相位变化效应来补偿该角度产生的振幅变化效应，可以很容易维持这些倾斜角度基本不变。为此，选择具有合适的运动方向和相位及振幅频率响应曲线的一组振动模式，将是有益的。此外，采用一个坐标变换在一个安装取向上观察和分析椭圆运动100也会使设计变得更容易。
如这里所用，主轴是用来表明振动元件26和选定接触部分44的椭圆路径100之间的倾斜角。该主轴将随振动元件26的几何尺寸和形状，以及振动元件26上的选定接触部分44的位置和取向而变化。对于如图1中所示的选定接触部分44位于一个末端的伸长振动元件26，主轴可能是纵轴25或一个与之垂直的轴，或一个围绕这样轴的旋转。对于如图78中所示的选定接触部分44位于一个末端的伸长振动元件26，主轴是穿过该末端的轴25，或一个与之垂直的轴，或一个围绕这样轴的一个旋转。对于如图6中所示的选定接触部分44n沿着振动元件26的长度方向放置，或位于振动元件26的中间位置的情况，主轴也是穿过该末端36a的纵轴25，或一个与之垂直的轴，或一个围绕这样轴的旋转。特定的主轴将部分地随着选定接触部分44的运动和振动元件26的一个相邻轴而变化，振动元件26的该相邻轴很容易用于定位振动元件，来实现选定接触部分44处的椭圆路径100与从动元件42的对齐。
为了在装配之后测试马达20的质量，利用其压电元件22测量马达的几个电磁特性是有利的和节省成本的。这些特性包括(但不局限于)对于一个预定的输入信号测量压电元件22所吸收的电流，和当振动元件26中具有一个适当激励的振动之后将其关闭时，由压电元件产生的电信号。也可以在马达20的使用寿命期间跟踪这些特性，以便在不需特殊的设备，诸如激光测振仪的前提下监测马达的效率。
上述的讨论集中在使用单一电信号来激励一个单一压电元件22在相对于共振器24的主驱动轴(如纵轴25)倾斜的选定接触部分44处产生一个椭圆运动100。该椭圆运动100是选定接触部分44的一个自由运动，无论接触部分44是否与从动元件42接合都会发生。但是该倾斜的椭圆运动100可以由共振器24上一个以上的压电元件22产生。因此，本发明具有更宽的振动元件26的适用范围，振动元件26采用多个压电元件22来实现相对于共振器24的主驱动轴(如纵轴25)倾斜的椭圆运动100。因此，例如，如图82中所示，第一和第二压电元件22a和22b可以在共振器26的不同部分或侧面上(或者与限定共振器26的一个或多个孔28的安装侧壁相接触，如图2)，以便在选定接触部分44处产生一个倾斜的椭圆运动100a。第三个压电元件22c可以位于共振器的另一部分，以便在选定接触部分44处产生一个不同的椭圆运动100b。对多个压电元件22a-22c的使用需要更复杂的电子设备，因此具有一定的缺陷，可能限制了本公开内容的某些方面的应用。但是如这里所讨论的，这表明本公开内容的某些方面适用于采用一个以上的单一压电元件22。
借助于例子，进行了上面的描述，但不局限于这些例子。给定了本公开内容后，本技术领域的熟练人员可以设计出属于本发明的范围和宗旨之内的不同的装置。而且，本发明的多个特征是可以单独使用的，或者以多种组合形式使用，并且不局限于这里所描述的特定的组合。因此，当以最宽泛的合理方式阅读以下权利要求以保持这些权利要求的有效性时，会发现本发明不局限于这些说明性的实施方案，而是由以下的权利要求加以限定，以最合理的方式保持权利要求的有效性。

Claims (32)

1.一个用于移动从动元件的振动装置，包括：
一个振动源，该振动源是至少一个将电能直接转化为物理运动压电元件，一个共振器，该共振器具有一个由至少两个相对侧壁确定的孔，该两个侧壁被施以超过其弹性限度的应力，使振动源维持在压缩状态，所述振动源处于该孔中，以便通过共振器在确定的预压下将其维持在压缩状态，该振动源使共振器在至少一个第一模式下振动，以导致共振器上的选定接触部分以一个预定的方式移动。
2.依照权利要求1的装置，其中振动源被压装进孔中。
3.依照权利要求1或2的装置，其中限定该孔的所述至少两个侧壁是弯曲的。
4.依照权利要求1或2的装置，其中该压电元件有至少两个相对的倾斜边缘，这两个倾斜边缘定位旨在与孔接合，使得容易地将该压电元件压装进孔中并减少该压电元件的损伤。
5.依照权利要求1或2的装置，其中由至少两个相对的倾斜的边缘限定共振器中的孔，这两个相对倾斜的边缘的定位旨在使得容易地将压电元件压装进孔中。
6.依照权利要求1或2的装置，进一步包括一个用来支撑该装置的弹性支撑元件，该弹性支撑元件介于压电元件和所述孔的一部分之间。
7.依照权利要求1或2的装置，其中第一模式是由施加到压电元件的第一电信号激励的，当运行期间该装置与从动元件接合时，所选定的接触部分沿着一个椭圆路径移动，其振幅足以沿着第一方向移动从动元件。
8.依照权利要求7的装置，其中由施加到压电元件的第二电信号激励共振器，导致在运行期间当该装置与从动元件接合时，所选定的接触部分沿着第二椭圆路径移动，其振幅足以沿着第二方向移动从动元件。
9.依照权利要求1或2的装置，其中选定的接触部分与从动元件弹性地接触，以通过该选定的接触部分与所述从动元件表面的接合迫使从动元件以一个预定的方式移动。
10.依照权利要求1或2的装置，进一步包括一个第二共振器，该第二共振器具有一个由至少两个相对侧壁限定的第二个孔和一个将电能直接转化为物理运动的第二振动源，该两个侧壁被施以超过其弹性限度的应力，该第二振动源被压装进该第二孔中，以便第二共振器在限定的预压下将第二振动源维持在压缩状态，把该第二振动源放置在这样一个位置：可使第二共振器在至少一个第一模式下振动，导致该第二共振器的一个选定接触部分以一个预定的方式移动，对第一和第二共振器进行如此布置以使得：每个共振器的选定的接触部分与相同从动元件驱动接合。
11.一个用于移动从动元件的压电装置，包括：
一个共振器，该共振器具有一个纵轴，由纵轴两侧的两个相对侧壁和纵轴上的两个相对的端壁部分地限定了一个孔，一个压电元件，通过所述孔的相对的端壁使该压电元件维持在压缩状态，每个侧壁被施以超过其弹性限度的压力，以使压电元件维持在压缩状态，该共振器具有一个选定的接触部分，当由一个第一电信号激励压电元件时，该选定的接触部分按照一个第一椭圆的运动移动。
12.依照权利要求11的压电装置，其中所述侧壁是弯曲的。
13.依照权利要求11或12的压电装置，其中压电元件的至少一个端壁或与端壁接合的两个相对的侧壁具有倾斜的边缘，便于将压电元件压装进所述孔中，其中压电元件是压装在端壁之间的。
14.依照权利要求11或12的压电装置，其中至少一个侧壁是朝着或背离压电元件弯曲的。
15.依照权利要求11或12的压电元件，其中用来支撑共振器的弹性元件的一部分介于所述端壁中的一个端壁和该压电元件之间。
16.一种将共振器中的压电元件置于压缩状态的方法，该共振器的端壁和侧壁限定了一个孔，孔尺寸设定为可容纳压电元件并将其置于压缩状态，该方法包括：
增加相对端壁之间的距离，使其足以能够使压电元件在端壁之间受到力的作用，而在孔的原始状态下端壁本身不会向端壁之间的压电元件施力，由此，将压电元件置于压缩状态的同时还向侧壁施加超过其弹性限度的应力。
17.依照权利要求16的方法，进一步包括在至少一个端壁或压电元件的相应边缘上提供一个斜面，通过接合上述至少一个斜面迫使压电元件进入孔中。
18.依照权利要求16或17的方法，包括朝彼此背离的方向牵引相对的端壁，同时将压电元件压入孔中。
19.依照权利要求16或17的方法，其中所述侧壁是弯曲的。
20.依照权利要求16或17的方法，其中所述侧壁是朝着彼此背离的方向弯曲的，该方法包括朝着彼此靠近的方向压迫相对的弯曲侧壁，以便使两个端壁彼此距离增大从而将压电元件放到两个端壁之间。
21.依照权利要求16或17的方法，其中所述侧壁是朝着彼此相对弯曲的，该方法包括朝着彼此背离的方向压迫相对的弯曲侧壁，以便使两个端壁彼此远离，从而将压电元件放到两个端壁之间。
22.依照权利要求16或17的方法，包括在压电元件和一个端壁之间放置压电元件的一个弹性支架。
23.依照权利要求16或17的方法，其中共振器具有一个穿过孔的纵轴，孔的侧壁位于该轴上的相对两侧，孔的端壁位于该纵轴上。
24.一个压电元件，被配置为压装进共振器的一个孔中，该孔是由位于穿过孔的一个纵轴的相对两侧并彼此相距第一尺寸的侧壁和位于该纵轴上的彼此相距第二尺寸的相对的端壁来限定的，其特征在于：
所述压电元件的第一尺寸小于孔的第一尺寸，所述压电元件的第二尺寸大于孔的第二尺寸，当将压电元件插入该孔中时，所述压电元件的第一尺寸和第二尺寸被选择使得向侧壁施加超过其弹性限度的应力，当将压电元件对准插入孔中时，该压电元件具有在位置上与端壁边缘相对应的倾斜边缘。
25.依照权利要求24的压电元件，其中侧壁是朝着靠近或远离压电元件的方向弯曲的。
26.一个压电元件，被配置为压装进共振器的一个孔中，该孔是由位于穿过孔的一个纵轴的相对两侧并彼此相距第一尺寸的侧壁和位于该纵轴上相对的端壁来限定的，在使用期间，一个端壁和压电元件之间有一个共振器的弹性支撑，端壁之间彼此相距一个第二尺寸，其中压电元件表面上的边缘其定位旨在与限定该孔的壁接合，这些边缘上的斜面使得更容易将压电元件压装进孔中，并且该压电元件相对于孔的尺寸被设计成使得限定该孔的所述侧壁受到超过其弹性限度的应力。
27.一个与压电激励器一起使用的共振器，该共振器具有一个壁连续的、可从外部进入的孔，该孔的尺寸被设计成用来容纳一个压电元件并将其维持在压缩状态，该孔部分地是由弯曲的相对侧壁所限定的，并且该压电元件相对于孔的尺寸被设计成使得限定该孔的所述侧壁受到超过其弹性限度的应力。
28.依照权利要求27的共振器，其中侧壁是朝着背离孔的方向弯曲的。
29.依照权利要求27或28的共振器，其中弯曲的侧壁在侧壁的实际长度上具有一个均匀的截面。
30.依照权利要求27或28的共振器，其中弯曲的侧壁具有一个矩形的截面。
31.依照权利要求27或28的共振器，其中孔包括孔纵轴上的相对的端壁以及纵轴的相对两侧的侧壁。
32.依照权利要求27或28的共振器，进一步包括一个弹性支撑元件，插入到并通过压缩安装在压电元件和一个限定该孔的壁之间。
CNB018070469A 2000-03-23 2001-03-21 振动马达及其制造和使用方法 Expired - Fee Related CN100492693C (zh)

Applications Claiming Priority (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US19187600P 2000-03-23 2000-03-23
US60/191,876 2000-03-23
US21044100P 2000-06-08 2000-06-08
US60/210,441 2000-06-08
US21568600P 2000-06-30 2000-06-30
US21543800P 2000-06-30 2000-06-30
US60/215,438 2000-06-30
US60/215,686 2000-06-30
US23100100P 2000-09-08 2000-09-08
US60/231,001 2000-09-08
US23600500P 2000-09-27 2000-09-27
US60/236,005 2000-09-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1611001A CN1611001A (zh) 2005-04-27
CN100492693C true CN100492693C (zh) 2009-05-27

Family

ID=27558827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB018070469A Expired - Fee Related CN100492693C (zh) 2000-03-23 2001-03-21 振动马达及其制造和使用方法

Country Status (12)

Country Link
EP (3) EP1630879B1 (zh)
JP (1) JP4943618B2 (zh)
CN (1) CN100492693C (zh)
AT (1) ATE311034T1 (zh)
AU (3) AU2001250400B2 (zh)
BR (1) BR0109444A (zh)
CA (1) CA2403562C (zh)
DE (1) DE60115220T2 (zh)
ES (1) ES2255551T3 (zh)
HK (1) HK1051444A1 (zh)
MX (1) MXPA02009223A (zh)
WO (1) WO2001071899A2 (zh)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4733457B2 (ja) * 2005-07-28 2011-07-27 パナソニック株式会社 駆動装置
EP1873504A1 (de) 2006-06-28 2008-01-02 Mettler-Toledo AG Kalibriergewichtsanordnung für eine elektronische Waage
DE102006053421A1 (de) * 2006-11-13 2008-05-15 Epcos Ag Vibrationsgenerator
DE102006053422A1 (de) * 2006-11-13 2008-05-15 Epcos Ag Vibrationssystem
DE102007006400B4 (de) * 2007-02-05 2008-11-27 Elliptec Resonant Actuator Ag Piezoelektrischer Antrieb mit Positionserkennung
US9028250B2 (en) * 2007-03-14 2015-05-12 Orthoaccel Technologies, Inc. Vibrating dental devices
DE102007037991B4 (de) * 2007-08-10 2019-10-10 Thorlabs Elliptec Gmbh Verfahren zur Steuerung eines piezoelektrischen Antriebs und piezoelektrischer Antrieb
JP4605232B2 (ja) * 2008-02-21 2011-01-05 株式会社デンソー 荷重センサ及びその製造方法
EP2107622B1 (en) * 2008-04-01 2011-11-02 Minebea Co.,Ltd. Shock recognition system in a doorlock using a linear electromechanical motor
JP4532591B1 (ja) * 2009-03-23 2010-08-25 株式会社ダイシン 回転振動機及びこれを用いた振動式搬送装置
JP6094482B2 (ja) * 2011-07-05 2017-03-15 株式会社ニコン 駆動装置、光学装置および撮像装置
DE102012202074A1 (de) * 2012-02-13 2013-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Ultraschalltransducers und Ultraschalltransducer
CN112657013B (zh) 2015-08-20 2023-10-03 坦德姆糖尿病护理股份有限公司 用于灌注泵的驱动机构
EP3400035B1 (en) 2016-01-06 2024-05-22 Bivacor Inc. Heart pump with impeller rotational speed control
CN110709114B (zh) 2017-04-05 2023-10-31 毕瓦克公司 心脏泵驱动器和轴承
JP2019030091A (ja) * 2017-07-28 2019-02-21 セイコーエプソン株式会社 圧電駆動装置、圧電駆動装置の駆動方法、ロボット、電子部品搬送装置、プリンター、及び、プロジェクター
WO2019028724A1 (zh) * 2017-08-10 2019-02-14 华为技术有限公司 一种确定目标操作的方法、压力检测装置及终端设备
CN107395046A (zh) * 2017-09-12 2017-11-24 苏州迈客荣自动化技术有限公司 一种微旋转台
WO2019152908A1 (en) 2018-02-05 2019-08-08 Tandem Diabetes Care, Inc. Methods and systems for detecting infusion pump conditions
EP3537595A1 (fr) * 2018-03-09 2019-09-11 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Moteur piezoélectrique linéaire à course allongée
CN109862243B (zh) * 2019-01-31 2020-10-09 维沃移动通信有限公司 终端设备及终端设备的控制方法
FR3098633B1 (fr) * 2019-07-09 2021-07-02 Aml Systems Système d’entraînement pour entraîner en rotation un premier dispositif par rapport à un deuxième dispositif autour un axe de rotation.
CN113408043B (zh) * 2020-03-17 2024-04-05 宇通客车股份有限公司 一种整车轮胎匹配方法及装置
CN111951360B (zh) * 2020-08-14 2023-06-23 腾讯科技（深圳）有限公司 动画模型处理方法、装置、电子设备及可读存储介质
DE102020125467A1 (de) 2020-09-29 2022-03-31 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG Antriebsvorrichtung

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2548691C3 (de) * 1975-10-30 1986-04-17 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Schreibdüsen in Tintenmosaikschreibeinrichtungen
DE3223636A1 (de) * 1982-06-24 1983-12-29 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Ansteuerschaltung fuer piezowandler in tintenmosaikschreibeinrichtungen
JPS60148388A (ja) * 1984-01-13 1985-08-05 Hitachi Maxell Ltd 捻りモ−ドの超音波振動子
US4663556A (en) * 1984-01-11 1987-05-05 Hitachi Maxell, Ltd. Torsional mode ultrasonic vibrator
EP0231940A3 (de) * 1986-02-04 1990-01-17 Siemens Aktiengesellschaft Piezoelektrischer Antrieb
JPS6354257A (ja) * 1986-08-25 1988-03-08 Nec Corp 圧電アクチユエ−タ
DE3920726A1 (de) * 1988-06-29 1990-01-04 Olympus Optical Co Ultraschalloszillator
JP2582145B2 (ja) * 1988-12-16 1997-02-19 アルプス電気株式会社 超音波リニアモータ及びその駆動方法
US5216313A (en) * 1988-12-16 1993-06-01 Alps Electric Co., Ltd. Ultrasonic wave linear motor
JPH02260582A (ja) * 1989-03-31 1990-10-23 Honda Motor Co Ltd 圧電アクチュエータ
JP2940038B2 (ja) * 1989-12-26 1999-08-25 日本電気株式会社 圧電アクチュエータ
JPH04351200A (ja) * 1991-05-29 1992-12-04 Nec Kansai Ltd 圧電セラミックアクチュエータ駆動回路
DE4216050C2 (de) * 1992-05-15 1995-05-24 Daimler Benz Ag Ultraschallwanderwellenmotor mit formschlüssiger Anregung von Wanderwellen
JP3444504B2 (ja) * 1993-03-31 2003-09-08 オリンパス光学工業株式会社 超音波振動子
JP3432001B2 (ja) * 1994-06-27 2003-07-28 キヤノン株式会社 振動波装置
IL111597A (en) * 1994-11-10 1999-03-12 Nanomotion Ltd Piezoelectric propulsion unit for vertical raising and lowering of a window
DE4445642A1 (de) * 1994-12-21 1996-06-27 Marco Systemanalyse Entw Piezoaktuatorisches Antriebs- bzw. Verstellelement
DE19757139A1 (de) * 1997-12-20 1999-06-24 Philips Patentverwaltung Antriebsvorrichtung für wenigstens zwei Rotationselemente mit wenigstens einem piezoelektrischen Antriebselement
DE19817038A1 (de) * 1998-04-17 1999-10-21 Philips Patentverwaltung Piezomotor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003528563A (ja) 2003-09-24
ES2255551T3 (es) 2006-07-01
HK1051444A1 (en) 2003-08-01
EP1630879A2 (en) 2006-03-01
EP1630879B1 (en) 2012-09-19
EP1273096A2 (en) 2003-01-08
EP1594175A3 (en) 2010-09-01
EP1630879A3 (en) 2010-09-01
MXPA02009223A (es) 2004-08-12
AU5040001A (en) 2001-10-03
CA2403562A1 (en) 2001-09-27
BR0109444A (pt) 2003-06-03
EP1594175A2 (en) 2005-11-09
DE60115220D1 (de) 2005-12-29
ATE311034T1 (de) 2005-12-15
AU2001250400B2 (en) 2006-05-11
AU2006203444A1 (en) 2006-08-31
CA2403562C (en) 2009-06-23
WO2001071899A2 (en) 2001-09-27
WO2001071899A3 (en) 2002-06-13
DE60115220T2 (de) 2006-08-17
JP4943618B2 (ja) 2012-05-30
CN1611001A (zh) 2005-04-27
EP1273096B1 (en) 2005-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100492693C (zh) 振动马达及其制造和使用方法
US6690101B2 (en) Vibratory motors and methods of making and using same
US7342347B2 (en) Piezomotor with a guide
US5134334A (en) Ultrasonic linear motor
US5039899A (en) Piezoelectric transducer
AU2001250400A1 (en) Vibratory motor and method of making and using same
EP0293918A2 (en) Linear motor
CN102195517B (zh) 振动波驱动装置及其振动体的制造方法
JPS62100178A (ja) 振動波モ−タ
US20050127789A1 (en) Piezoelectric motors and methods for the production and operation thereof
JP2902712B2 (ja) 超音波モータ
Petit et al. Industrial design of a centimetric “TWILA” ultrasonic motor
JP2574577B2 (ja) リニア型アクチュエータ
JPH11346487A (ja) 振動波装置および振動波駆動装置
JPH08172782A (ja) 超音波モータ
JPS61227682A (ja) 振動波モ−タ
JP2534343B2 (ja) 超音波リニアモ―タ
JPH03256575A (ja) 圧電アクチュエータ
JPH07100552B2 (ja) 紙送り装置
JPH02228266A (ja) 超音波振動子及び超音波モータ
JPS63110972A (ja) 圧電駆動装置
JPH05168256A (ja) 超音波モータ
JPH0393483A (ja) 超音波モータ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090527

Termination date: 20130321