CN101310394A - 超声波直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波直线电机(1)，它具有一个板形的超声波振荡器(2)和一个与至少一个导轨(10)处于啮合的且具有两个摩擦件的活动的部件(9)，所述超声波振荡器具有两个平面的平行的主面、两个端面和两个侧面，所述活动的部件允许在摩擦件的侧面上与超声波振荡器摩擦作用，其中，所述超声波振荡器的侧面设计成平面的并且以相同的角度相对于纵向对称平面这样倾斜，使得侧面的平面与纵向对称平面的相交线平行于超声波振荡器的主面设置，并且所述活动的部件的摩擦件相互弹性地连接。
Description
技术领域
[0001]本发明涉及一种超声波直线电机并且可以用在廉价的光学精密系统或类似的仪器中。
背景技术
[0002]已知一些具有构成为小板的超声波振荡器的超声波直线电机，在其上固定摩擦元件(见例如EP 1 267 425 A)。在此这样构成压紧装置，使得施加在摩擦元件上的力完全传递到活动的部件的线性的球轴承上。由此增加了摩擦损失并且不能在这样的电机中使用廉价的滑动轴承。
[0003]还已知一些超声波直线电机，其中活动的部件包括超声波振荡器(见例如EP 0 601 671 A1)。在这些电机中，超声波电机形成一个用于活动的部件的导轨。对于这些电机无需线性球轴承。
[0004]这些电机中的缺陷是，振荡器在结构上是复杂的并因此在制造上是昂贵的。这些电机可以用在廉价的光学系统中。但是它们在活动的部件的定位上是不精确的，并且不能不任意地将其缩小。
发明内容
[0005]因此本发明的目的是，提供一种改进的具有简化结构的超声波直线电机，它还能够提高活动的部件的定位精度、更简单地加工和装配电机、减少成本和更小的尺寸。
这个目的通过具有权利要求1的特征的超声波直线电机得以实现。本发明构思的适宜的扩展结构是从属权利要求的主题。
[0006]本发明包括的重要构思是，将一个公知的板形的超声波振荡器相对于导向机构以一种适合的力状况加入到一种具有活动的部件的配置中，活动的部件具有两个摩擦件并且与导轨啮合。在此通过选择活动的部件的板形状和结构能够将摩擦元件的一部分压紧力施加到构成的振荡器的表面上，也用于将电机的活动的部件压靠到其导向装置上。
[0007]本发明还包括另一构思，在上述摩擦件之间设置一种弹性的连接，它将活动的部件的一个适合的压紧力提供到在超声波振荡器的侧面上。此外由此提供了一个在活动的部件与上述导轨之间的适合的压紧力。最后，通过超声波振荡器的侧面的倾斜结构以一种给定的相互关系施加上述的压紧力的构思也属于本发明。
[0008]本发明能够大大简化小型超声波直线电机的结构并且放弃使用精确滚动轴承。由此提高活动的部件的调整精度，因为相对于精确磨削的导轨的表面实现其运动。减小了滑动轴承中的摩擦损失，简化了装配工艺，降低了制造成本，减小了尺寸。由此能够将电机安装在廉价的光学精密系统中。
[0009]在本发明的一种实施形式中规定，使所述超声波振荡器的连接电极具有弹性的细的导电的杆，这些杆的一端固定地与相应的电极连接并且其另一端相对于导轨牢固地固定。这拓宽了按照本发明的小型电机在结构上的实施可能性。
[0010]在另一种实施形式中规定，所述导轨设计成夹子式的并且固定地与超声波振荡器的一个公共电极连接。这简化了小型电机的结构。
[0011]所述超声波振荡器的主面在一种适宜的实施形式中设计成矩形的，而在另一种实施形式中，这一点也适用于侧面。
[0012]在一种适宜的实施形式中，所述活动的部件的摩擦件相互间通过一个压簧实现弹簧的或弹性的连接，它使摩擦件相互间弹性地预紧。在这种实施形式的一个扩展结构中，也可以将这个压簧设计成夹子式的，其中摩擦件定位在夹子的侧腿的自由端上。
附图说明
[0013]由下面对一个优选实施例以及其改进和本发明优选方面的描述借助附图给出本发明的优点和适宜性。附图中：
[0014]图1所建议电机的结构的一种实施形式，
图2按照图1的电机的超声波振荡器，
图3在电机中产生的力的示意图，
图4一个具有杆状连接电极的电机，
图5一个具有夹子式导轨的电机，和
图6一个聚焦部件。
具体实施方式
[0015]按照图1，一个所建议的超声波电机1具有一个超声波振荡器2，它设置在一个固定架3中。该振荡器2由板4构成，它具有平行的直角的侧面(主面)5、端面6和侧面7和8。
[0016]所述电机1包括一个活动的部件9，它与至少一个导轨10处于合作状态。该活动的部件9包括两个摩擦件11和12组成，它们相互间通过一个压簧13连接，其中每个摩擦件都压靠到板4的相应侧面7和8上。
[0017]所述压簧13为了保持摩擦件11和12而具有特殊的固定位置14和15。此外压簧可以具有一个滑槽16，导轨10的活动的部件9在其上滑动。
[0018]在所建议的电机中，板4的侧面7和8设计成以角度γ相对于板4的纵向对称面19倾斜的面17和18，如图2所示那样。在此板4的面17和18的与对称面19的相交线20平行于主棱边5延伸。L是板4的长度，d是端面的中心线的长度。这样选择L/d的比例，使其约为2.34。
[0019]所述对称平面19理解为平面，它垂直于主面5且穿过面5的纵向对称线21延伸。该对称线21是平行于板4的长度延伸(图2)的面5的对称线。
[0020]所建议的电机的超声波振荡器2具有两个用于非对称声学驻波的发生器22和23。
[0021]该振荡器2的板4可以完全由压电陶瓷制成。在这种情况下，它可以具有两个激励电极24和25和一个公共的电极26。在此每个发生器22和23通过相应的电极24和25构成，由电极26的一部分和在电极24与25之间的压电陶瓷和电极26的一部分构成。为了可以施加电激励电压，每个电极24、25和26必需具有一个弹性接头，电极通过它与振荡器的电激励源连接(在附图中未示出)。
[0022]在振荡器2的另一实施例中，板4可以设计成具有2个用于声波的多层发生器的多层件。
[0023]所述板4也可以是一个组装件，它由一个无源的谐振器和一个与谐振器连接的压电激励元件组成(后者在附图中未示出)。
[0024]可以将由耐磨损材料制成的薄的耐磨损层涂敷到侧面7和8上。
[0025]图3示出电机的示意俯视图。它示出了一些在电机1中施加在压簧13上的力。力Fp是弹簧13的弹簧力，它从固定位置14、15和弹簧13的方向作用到摩擦件11和12上。这些力传递到板4的侧面7、8上。每个力Fp都可以分解成垂直于面7或8即垂直于表面17或18作用的力分量Fn和沿着面7或8即沿着面17或18作用的力分量Ft。
[0026]因为力Ft纵向朝导轨10作用，所以它借助弹簧13传递到弹簧13(活动的部件9)的滑槽16与导轨10的接触点27上，在那里它们在一个点上相加。力Fa是合力，它由两个力Ft叠加到对称平面19上而形成。这个力作用到弹簧13上，而且从活动的部件9侧朝导轨10方向。在此在导轨10中产生反作用力Fs。
[0027]图4示出所建议电机的结构的实施例，其中连接电极24、25、26设计成弹性杆28、29、30。在此，接头的一端固定地与相应电极的表面连接。另一端相对于导轨10固定。为此它们可以固定在使其固定的板31上，导轨10也位于其上。板31同时可以作为连接板或电路板。
[0028]在所建议的电机中，导轨10可以设计成具有一个导向部分33的夹子32。该夹子32固定地与公共电极26连接并且也可以是公共电极26的固定接头30的一部分(图5)。固定的接头28、29、30可以由具有矩形或圆形横截面的细钢丝或铍青铜制成。它们钎焊或通过导电胶固定在振荡器2的相应电极的表面上。
[0029]在每种所建议的电机变化中，光学系统例如光学透镜、物镜或光滤波器的置于运动的部件(这些部件在附图1、2、3、4中未示出)固定在活动的部件9上。为此弹簧13可以具有一些孔34(图1、4、5)。活动的部件也可以通过其它方式和方法进行固定。
[0030]图6示出了小型照相机的一个聚焦部件35。该部件35包括外壳3，它具有一个底板36、一个用于具有光轴39的透镜组38的固定架37、一个用于振荡器2的支柱40、一个盖41和一个固定簧42。
[0031]所述压簧13借助各力Fp以其固定位置14和15将摩擦件11和12压靠到振荡器2的板4的侧面7和8上(图1)。力Fp通过弹簧13的弹性确定并且通过小型电机的所需拉应力Fm预定。
[0032]因为侧面7和8的平面17和18以角度λ(图2)相对于纵向对称平面倾斜，所以作用到面7和8上的各力Fp(图3)分别分成一个将摩擦件压靠到面7和8上的力Fn和一个沿着面7和8(沿着平面17和18)作用的力Ft。
[0033]Fn＝Fp*cosλ
Ft＝Fp*sinλ
[0034]这些力的比例是：
[0035]Ft/Fp＝Tg*λ
[0036]所述力Fn通过摩擦位置11和12的到面7和8上所需的压紧力确定并且由电机和摩擦副的摩擦系数Kf的最大拉力Fmmax计算如下：
[0037]Fn＝Fmmax/Kf
[0038]力Fp按照下面的公式确定：
[0039]Fp＝Fmmax/Kf*cosλ
[0040]所述力Ft通过弹簧13传递到导轨10上并且作用在点17上(图3)。力每次相对于对称平面19以角度λ作用。合力Fa(使活动的部件9压靠到导轨10上的两个力Ft的结果)是：
[0041]Fa＝2Ftcosλ＝2Fp*sinλ*cosλ
[0042]通过将激励电压施加到电极24或25上(以公共电极26为基础)来控制用于声学振荡22或23的发生器。由此在电机的振荡器2中形成一个非对称的声学驻波，这导致活动的部件9朝被激励的发生器方向运动，也就是与在图1、4、5、6中用箭头表示的那样。激励电压从一个发生器(例如Nr.22)到另一发生器(例如Nr.23)的转换起到使部件9的运动方向反向的作用。
[0043]在被激励的振荡器2中产生最大拉力Fmmax，它通过将摩擦件11和12压靠到板4侧面7和8上的力Fn确定。这些力通过由弹簧13以角度λ作用的力Fp确定。
[0044]这种电机结构的一个主要特征是，只使用通过压簧13产生的力Fp的一部分(分力Ft)用来将活动的部件9压靠到导轨10上。该力的这部分可以通过角度λ的变化这样而改变，使得只施加最小的用于将部件9压靠到导轨10上所需的力Fa。这能够使在活动的部件9与导轨10之间的摩擦损失减小到最小。
[0045]力Ft的作用是，将电机压合在导轨10与固定架3(图1)之间。由此使在部件9与导轨10之间的间隙消失，由此构成一个牢固的、相对于外部影响稳定的结构。
[0046]所述活动的部件9相对于作为精确磨削的杆制成的导轨10的表面轮廓进行运动，滑槽16在导轨上滑动(图1)。
[0047]在图4中所示的电机变化中，固定的接头28、29、30和导轨10固定在板31上。这拓展了所建议的小型电机的结构可能性。由此可以将一种这样的电机作为电子结构件装配在一块电路板上。
[0048]在图5中所示的电机变化中，活动的部件9的滑槽在夹子32的导向部分33中滑动，该夹子固定在振荡器2的表面上。这大大简化了电机并且减少了在摩擦触点中的摩擦损失。
[0049]图6示出一个所建议的电机在一台小型照相机的聚焦部件35中的应用的示例。
[0050]在这种应用中，振荡器2由压簧13的力分量压靠到支柱40上并且在垂直方向上由弹簧42固定。该聚焦部件包括两个导轨10，设置在透镜组38的固定架37上的滑槽16压靠到这些导轨上。该聚焦部件35的结构能够实现透镜组38平行于其光轴39以一个由导轨10的调整精度确定的精度移动。
[0051]附图标记清单
[0052]1 电机
2 超声波振荡器
3 固定架
4 振荡器板2
5 板4的主面
6 板4的端面
7、8 板4的侧面
9 活动的部件
10 导轨
11、12 活动的部件9的摩擦件
13 压簧
14、15 用于固定摩擦件11、12的固定位置
16 滑槽
17、18 侧面7、8的表面
19 板4的纵向对称平面
20 平面17、18、19的相交线
21 面5的纵向对称平面
22、23 对称的驻波发生器
24、25 激励电极
26 公共电极
27 在活动的部件9与导轨10之间的接触点
28、29、30 固定接头
31 板
32 接头30的部分作为夹子
33 夹子32的导向部分
34 固定孔
35 照相机的聚焦部件
36 聚焦部件35的底板
37 用于透镜组38的固定架
38 透镜组38
39 透镜组38的光轴
40 用于振荡器2的支柱
41 盖
42 固定簧
Claims (6)
1.超声波直线电机，具有一个板形的超声波振荡器和一个与至少一条导轨处于啮合的且具有两个摩擦件的活动的部件，所述超声波振荡器具有两个平面的平行的主面、两个端面和两个侧面，所述活动的部件允许在摩擦件的侧面上与超声波振荡器摩擦作用，其特征在于，所述超声波振荡器的侧面设计成平面的并且以相同的角度相对于纵向对称平面这样倾斜，使得侧面的平面与纵向对称平面的相交线平行于超声波振荡器的主面设置，并且所述活动的部件的摩擦件相互弹性地连接，其中所述活动的部件的摩擦件通过一个第一压紧力压靠到超声波振荡器的相应侧面上，而所述活动的部件通过一个第二压紧力压靠到导轨上，其中在第一与第二压紧力之间的比例通过侧面与超声波振荡器的纵向对称平面的倾斜角确定。
2.如权利要求1所述的超声波直线电机，其特征在于，所述超声波振荡器的连接电极具有弹性的细的导电的杆，这些杆的一端固定地与相应的电极连接而其另一端相对于导轨牢固地固定。
3.如权利要求2所述的超声波直线电机，其特征在于，所述导轨设计成夹子式的并且固定地与超声波振荡器的一个公共电极连接。
4.如上述权利要求之一所述的超声波直线电机，其特征在于，所述活动的部件的摩擦件通过一个压簧元件相互连接并且弹性地相互预紧。
5.如权利要求4所述的超声波直线电机，其特征在于，所述压簧元件设计成夹子式的，其中摩擦件定位在夹子的侧腿的自由端上。
6.如上述权利要求之一所述的超声波直线电机，其特征在于，所述超声波振荡器的主面和/或侧面设计成矩形的。
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