CN101283458B - 压电致动单元以及压电驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压电致动单元(3)，具有朝向第一盖帽(12)压紧的压电致动器(10)，其中第一盖帽被构造用于通过第一盖帽在压电驱动装置的驱动体(1)上固定致动单元；并且还具有电缆(5)和/或者触针(16)，作为与致动器连接的接触元件，用于电控制致动器；其优点在于：第一盖帽具有至少一个开口(15)，用来使接触元件(5，16)穿通。特别有利的是所述致动单元可安装于压电驱动装置之中，该压电驱动装置具有带圆柱形驱动面(2)的驱动体，至少两个带有压电致动器的致动单元，该压电致动器使得驱动体在驱动平面中振动，还有驱动轴(4)，该驱动轴贴靠在驱动体表面上并在振动作用下旋转，另外具有将用来驱动致动器的电路连接到致动器上的接触元件。
Description
本发明涉及一种符合权利要求1所述特征的压电致动单元，以及一种具有所述致动单元的压电驱动装置。
可通过多种方式将压电致动器作为执行元件使用，如EP 1 098 429 B1所述，可将其作为驱动器用在压电马达之中。此类压电马达的特点在于：可以在小于100转/分钟的较小转速下输出较高的扭矩，例如1～5Nm，因此特别适合于扭矩需求较高且转速较低的调节任务。
如图6所示，此类压电马达可作为压电致动器驱动装置，包括具有圆柱形驱动面2的驱动体1；至少两个使得驱动体1在x、y驱动平面内振动的压电致动单元3；垂直于驱动平面延伸并贴靠在驱动面2上并在振动作用下旋转的驱动轴4、以及用来驱动致动单元3的开关装置。
这种马达设计方案的中心部件是被管状弹簧所包围的压电致动器。通过两个盖帽来限定管状弹簧的上、下范围，压电致动器就安装于这些盖帽之间。这种下盖帽、管状弹簧、压电陶瓷、上盖帽构造形成独立的致动单元。
通过挤压、焊接或者螺纹连接方式，压电单元在压电环形马达中在其上侧面通过上盖帽耦接在驱动体1上，并机械刚性地抗拉、抗压、抗剪和抗弯。在致动单元底面，在下盖帽内也有用来穿过电缆5的电缆导通。
利用从壳体7、8的开口6中伸出的电缆5将致动单元3连接在开关装置上。用于控制致动单元3的电缆5位于背面，也就是在致动单元3的背向驱动体1的一端从致动单元3中引出电缆。开口6在壳体7、8的侧边端部。所述装置的结构尺寸与电缆走线并不是最佳的。侧边端部上的插接器构造可能会导致尺寸明显增大，使得适用性大大降低。
本发明的任务在于，对所述压电致动单元以及具有此类压电致动单元的压电驱动装置的结构进行改进。
通过具有权利要求1所述特征的致动单元，以及具有权利要求8所述特征的压电驱动装置，就可解决这一任务。从属权利要求所阐述的内容均为有益的实施例。
优选根据本发明，所述用于压电驱动装置的压电致动单元，具有朝向上面第一盖帽压紧的压电致动器，其中第一盖帽被构造用于通过第一盖帽将致动单元固定于压电驱动装置的驱动体上；并且还具有电缆和/或者触针，作为与致动器连接的接触元件，用来电控制致动器，其中第一盖帽具有至少一个用来穿过接触元件的开口。
最好利用弹簧元件将致动单元中的致动器夹紧于第一盖帽和第二盖帽之间，同时适当布置致动器，使其在激振时基本上朝向两个盖帽方向伸展和/或紧缩。致动单元中的弹簧元件最好是管状弹簧，并且围在致动器周围。致动单元中的第一盖帽和下面的第二盖帽最好以形状配合方式与弹簧元件连接在一起，同时第二盖帽平面地支撑致动器。致动单元的第一盖帽最好具有适当的构造，以便可采用挤压、焊接或螺纹连接方式机械地耦接到驱动体的元件上。
这样的致动单元是有利的，即所述至少一个开口在致动器的正面伸展或紧缩方向上延伸穿过第一盖帽。这样的致动单元是有利的，即所述至少一个开口在致动器的正面伸展或紧缩方向上延伸穿过第一盖帽，且在所述至少一个开口的正面范围内构造成朝向侧面敞开的。这样的致动单元是有利的，即所述至少一个开口在侧面朝向致动器的正面伸展或紧缩方向延伸穿过第一盖帽。
优选这样的压电驱动装置，它具有带圆柱形驱动面的驱动体，具有至少两个带有压电致动器的这样构造的致动单元，该压电致动器使得驱动体在驱动平面中置于振动，具有贴靠在驱动体表面上并且在振动作用下旋转的驱动轴以及将用来驱动致动器的电路连接到致动器上的接触元件。所述压电驱动装置优选具有壳体以及一个或者多个插接器，这些插接器沿着相对于轴的轴线平行的方向布置于壳体上，用于从壳体之外将布置于壳体内的接触元件连接到电路上。
所述的致动单元采用内部走线方式，能够使压电-致动器-驱动装置的结构比尤其压电环形马达更加紧凑。此外，电连接的引线经过改进后更加可靠，能够实现标准化电连接。
致动单元的下盖帽仅仅作为限界元件。上盖帽具有双重功能，既可在致动单元和驱动体之间实现耦接，也可作为压电致动器提供电缆导通。
利用所述结构能够使电缆中心地优选在一个点或必要时在多个点从马达壳体内引出。不再需要在边端布线，马达构造明显小得多。最好使用工业标准插接器进行触点接触，例如可通过去张力和标准部件的相容性来提高工作可靠性。
与已知型式的压电环形马达相比，优点在于集成度较高、工作可靠性更好、可采用标准化电缆导通，并且可使用去张力。
以下将依据附图，对实施例进行详细解释。相关附图如下：
图1一种压电-致动器-驱动装置的透视俯视图，包括致动单元，上壳体件已移去，
图2图1所示的压电-致动器-驱动装置在壳体合上后的视图，
图3所述致动单元的剖视图，
图4所述致动单元的上盖帽，具有用来从正面引出电缆的开口，
图5所述致动单元的上盖帽的俯视图，以及
图6现有技术所述的一种压电-致动器-驱动装置的透视俯视图，其中壳体已合上。
图1和2所示为一种压电-致动器-驱动装置的实施例，其型式为一种包括致动单元3的压电环形马达。
压电-致动器-驱动装置的壳体7、8内有多个相互处于功能连接的组件。中心元件是具有内侧或备选地为外侧圆柱形驱动面2的驱动体1。如图所示，驱动体1的外圆周上至少固定有两个，尤其在这里有四个压电致动单元3，这些压电致动单元可以使得驱动体1在x、y驱动平面内产生振动。
通过挤压、焊接或者螺纹连接方式，将压电装置3在压电环形马达中在其正面或者顶面通过第一上盖帽12机械刚性地抗拉、抗压、抗剪和抗弯地耦接在驱动体1上。致动单元3的背侧端部在开口6侧面固定于或支撑在的壳体7、8的内壁上。也可省掉壳体7、8侧边端部的开口6，除非选择性地将其用来例如安装或者更换致动单元3。
驱动轴4垂直于驱动平面在第三方向z上延伸并紧靠在驱动面2上，该驱动轴通过振动作用置于旋转。驱动轴4在至少一侧上从壳体7、8中向外伸出，并且相对于壳体7、8的壳壁或者在其中被支承。安装于内部或外部的开关装置用来驱动致动单元3。
所述马达设计方案或者具有另一种构造的替代驱动方案的其它中心部件是致动单元3。从图3可以看出，致动单元3具有集成的压电致动器10，该压电致动器优选被作为弹簧元件13的预张紧的管状弹簧所包围。管状弹簧本身在上面和下面通过两个压电盖帽，即底部盖帽或者下面第二盖帽11以及上盖帽12被限定，致动器10本身就安装于上述盖帽之间。这种下盖帽11、管状弹簧、压电陶瓷、上盖帽12构造形成独立的致动单元3。
下盖帽11最好以形状配合方式与弹簧元件13连接在一起，采用焊接方式较为适宜。底部盖帽最好能平面地支撑致动器10。上盖帽12同样最好以形状配合方式与弹簧元件13连接在一起，采用焊接方式较为适宜。上盖帽12可以用机械方式耦接在其它元件上，例如可通过挤压、焊接或者螺纹连接方式连接到环状驱动体1上。上盖帽同时可以使压电致动器触头或者电缆5穿过。这些元件的取向均经过适当选择，使得致动器10在激振时能够基本上朝向两个盖帽11、12方向伸展和/或紧缩。
致动单元3可以利用电缆5连接在开关装置上。用于控制致动单元3的电缆5位于正面，也就是在致动单元3朝向驱动体1的一端从致动单元3中引出。
可通过图1和2中所示分别具有多个插接触头的两个插接器9实现电缆5向外的连接方案。电缆5完全在马达内部或者其壳体7、8的内部走线。致动单元3的下盖帽11仅用来固定于壳体7、8之中。壳体7、8上的插接器6最好构造在相对于轴4轴向平行的方向上，用于从壳体7、8之外将布置壳体7、8内部的接触元件5连接到外部电路上。
从图4和5可以看出，上盖帽12具有一个或者最好是两个电缆孔15，例如以孔通道的形式，用来引出致动器3的两个电缆5。电缆孔15在正面或者沿轴向延伸。为了使穿过的电缆5朝向侧面向外引出，电缆孔15在正面区域内朝向侧面敞开。
在电缆孔15内分别插入压电触针16，作为用来连接压电致动器10的接触元件。例如，可将电缆5夹紧于相应的触针16和上盖帽12的与其相邻的壁面之间，或者例如通过焊接将其牢固固定于触针16上。
可根据具体结构条件，通过适当选择压电触针16长度的方式来改变电缆走线半径R(图3)。
如果要使致动器10与对立的、下侧面的触头实现触点接触，可以使电缆孔15之一连同可能从其中穿过的触针导引穿过致动器10侧面的空间，也就是说，尤其是导引穿过致动器10的硅封装14的实体。
如此构造盖帽12，使得例如在内部在一个或者多个端面螺纹孔17中可以容纳具有例如标准螺纹M4-M6的螺杆，并且使得端面环形支承面尽可能大，以便获得最佳机械刚性。附加地或者备选地，也可不使用螺纹，而是采用例如焊接方式，将上盖帽12以耦接方式连接在驱动体1上。
还有其它结构型式可以选用。例如可以利用螺纹连接方式，通过螺纹孔17来连接到其它元件上。
除了在正面区域内朝向侧面敞开的电缆孔15之外，也可以使电缆孔从阶梯状的正面表面沿轴向或者相对于轴向倾斜的方向上通向致动器10。压电触针也可以设计成绞合线型式，或者通过电缆5的末端部分来形成接触元件。压电触针也可以直接沿侧向，尤其是是沿径向，而不是沿轴向向外伸出。
有利地可以仅通过一个插接器将电缆连接到壳体7、8之外，但也可以使用两个以上的插接器9。除了可以通过插接器9进行连接之外，也可以通过适当的开口直接从壳体7、8中向外引出电缆5。
Claims (7)
1.用于压电驱动装置的压电致动单元(3)，具有：
-朝向第一盖帽(12)压紧的压电致动器(10)，其中第一盖帽(12)被构造用于通过第一盖帽(12)在压电驱动装置的驱动体(1)上固定致动单元(3)，并且
-电缆(5)和/或触针(16)，作为与致动器(10)连接的接触元件，用来电控制致动器(10)，
其中第一盖帽(12)具有至少一个开口(15)，用来使接触元件(5，16)穿通，
其特征在于，所述至少一个开口(15)在致动器(10)的正面的伸展或紧缩方向上延伸穿过第一盖帽(12)，并且在正面区域内，所述至少一个开口(15)构造成朝向侧面敞开的。
2.根据权利要求1所述的致动单元，其特征在于，利用弹簧元件(13)将致动器(10)夹紧于第一盖帽(12)和第二盖帽(11)之间，其中这样布置致动器(10)，使其在激振时基本上朝向两个盖帽(11，12)的方向伸展和/或紧缩。
3.根据权利要求2所述的致动单元，其特征在于，弹簧元件(13)是管状弹簧，并且包围着致动器(10)布置。
4.根据权利要求2或3所述的致动单元，其特征在于，第一盖帽(12)和第二盖帽(11)以形状配合方式与弹簧元件(13)相连，其中第二盖帽(11)平面地支撑致动器(10)。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的致动单元，其特征在于，第一盖帽(12)被构造用于采用挤压、焊接或螺纹连接方式机械地耦接到驱动体(1)的元件上。
6.压电驱动装置，具有
-带圆柱形驱动面(2)的驱动体(1)，
-至少两个带压电致动器(10)的致动单元(3)，该压电致动器(10)使驱动体(2)在驱动平面(x，y)内置于振动，
-驱动轴(4)，该驱动轴贴靠在驱动体的驱动面(2)上，并且通过振动置于旋转，
-将用于驱动致动器(10)的电路连接到致动器(10)上的接触元件，
其特征在于，
-致动单元(3)构造成根据权利要求1到5中任一项所述的致动单元(3)。
7.根据权利要求6所述的压电驱动装置，其特征在于，所述压电驱动装置具有壳体(7，8)以及一个或者多个插接器(9)，这些插接器沿着与驱动轴(4)的轴线平行的方向布置于壳体(7，8)上，用于从壳体(7，8)之外将布置在壳体(7，8)内的接触元件(5，16)连接到电路上。
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