CN101499738A - 压电电机与使用该电机的驱动模块 - Google Patents

Abstract

压电电机与使用该电机的驱动模块：压电电机(10)尤其用于致动器的驱动模块，具有通过外转子(12)驱动的输出。电机(10)具有杯状外转子(12)，该转子具有圆盘部分(15)以及自其伸出、形成一体积的环形壁(13)，挠性组件(31)位于该体积中。壁(13)具有形成接触面(14)的内表面。挠性组件(31)具有两个可枢转地连接的挠性部分(30)，并且每个支撑具有凸节(22)的压电元件(20)。弹簧(38)促使挠性部分(30)枢转，并且促使凸节(22)与接触面(14)相接触。

Description

压电电机与使用该电机的驱动模块

技术领域

本发明涉及压电电机，尤其涉及适合于致动器驱动模块的压电电机，例如用于客车的空调系统中的压电电机。

背景技术

通常，使用车辆空调系统中的致动器控制需要控制或改变车辆中气流的活叶或栅板，例如允许更多或更少的空气穿过热交换器线圈或将空气引入到例如挡风玻璃通风口或踏板通风口的车辆的某一部分。这些活叶由电机驱动，该电机允许来自中央控制面板的控制，并且，当装配后，允许来自远程控制面板的控制。电机通常为PMDC整流式电机或步进电机。这些类型的电机易于控制，具有可接受的寿命，并且相对便宜。然而，它们发出噪声，并且具有有限的保持转矩。噪声在现代客车中成为一个难题。既然乘客舱有效地与路面和发动机噪声隔离开来，听觉噪声已经变得非常受关注。当现代车辆具有不止一个，而是多个计算机系统以及其他易受电噪声影响的电子装置时，电子噪声也变得很重要。当将更多项目放入乘客舱中可获得的有限空间中时，PMDC电机的物理尺寸也是需要考虑的。通常，更小的PMDC电机具有更低的保持转矩。当施加于风门片的力相当大时，尤其当空调风扇以最高速度运行，并且优选活叶不向后驱动电机时，保持转矩是很重要的。

发明内容

本发明的目的在于通过提供适合于致动器驱动模块的压电电机而克服上述问题。压电电机通过传动机构驱动旋转输出，由此，提供无电噪声，并且具有强劲保持转矩的驱动。

因此，一方面，本发明提供用于致动器的压电电机，该电机包括：具有接触面的转子；具有轴线的转子轴，转子围绕该轴线旋转；挠性组件，其具有：具有第一凸节(nub)的第一压电元件，具有第二凸节的第二压电元件，用于保持第一压电元件的第一挠性部分，用于保持第二压电元件的第二挠性部分，以及用于推动第一与第二凸节与接触面相接触的弹簧装置，其中，转子具有圆盘部分以及从圆盘部分的一侧伸出，并且限定出一体积的环形壁，接触面形成于环形壁的径向内表面上，并且挠性组件位于该体积中。

优选地，第一与第二凸节在对角相对的位置处接触接触面。

优选地，每个挠性部分均具有用于保持压电元件的开口槽。

优选地，每个挠性部分均具有指状物，其在节点位置(nodal locations)沿压电元件的纵向边缘夹紧压电元件。

优选地，第一与第二挠性部分通过具有与电机轴不同轴的轴线的挠性轴可枢转地连接。

优选地，挠性轴为实心轴。可替换地，挠性轴可以是空心的或由空心铆钉形成。

优选地，通过弹簧装置促使挠性部分进行可枢转运动。

优选地，弹簧装置为在挠性部分的对置部分之间延伸，并且分离挠性部分的对置部分的单个盘簧。

优选地，挠性部分具有突出部分，该突出部分与在挠性部分之间可枢转的连接件的对置侧上的槽口相邻，该突出部分形成突出部分之间的两个相对置的表面，并且弹簧接合和分离该相对置的表面。

优选地，相对置的表面的每个具有用于固定弹簧的装置。

优选地，弹簧力使得挠性部分夹紧压电元件，并且挤压该元件，以促使凸节与接触面相接触。

优选地，挠性部分具有与可枢转连接件相邻的引导孔，该孔用于将引线引向压电元件。

根据第二方面，本发明提供用于致动器的驱动模块，其包括：电机；输出；以及将电机连接至输出的传动机构，其中，电机为上述压电电机。

优选地，驱动模块进一步包括容纳电机、传动机构及输出的外壳。

优选地，驱动模块进一步包括用于操作位于外壳中的电机的电路以及用于将电路连接至电源与控制信号的连接器。

附图说明

参照附图，现将仅通过示例，对本发明的优选实施例进行说明，其中：

图1为根据优选实施例的压电电机的视图；

图2为图1的电机的压电元件的放大图；

图3为图1的压电电机的部件透视图；

图4为用于加入图1的压电电机的致动器的驱动模块的透视图；以及

图5为图4的驱动模块去除部分后的视图。

具体实施方式

图1中所示的优选压电电机10具有两个压电元件20(仅一个可见)，该两个压电元件轴向分开，并且相对置地定向，位于电机的中空盘状转子12内部。每个元件20均由元件保持器30支撑，并且具有接触部分或凸节22，其接合转子的接触面。转子被称为外转子，因为其形成于电机的外表面。转子12支撑电机的输出，该输出可以是轴、小齿轮或驱动轮齿、摩擦传动或其他合适的连接装置。因为转子在外面，小齿轮或驱动轮齿可以直接形成于转子的外表面。转子具有圆盘部分15以及从圆盘部分延伸的环形壁13。转子12优选地通过铸造或机械加工硬金属材料而成。可替换地，转子可以通过注塑成型合适的工程塑料材料而成，其中，衬垫可以用于转子的环形壁13的内表面，以提供与压电元件20的凸节22相接触的耐磨接触面。在另一情况中，壁13的内表面形成转子12的接触面14。其他工程技术或其他上述可替换方案的组合均能用于达到为了电机的良好运行而要求的硬度与表面抛光。

如图2所示，每个压电元件20均为压电材料的矩形平板21，该平板布置成轴向延伸，并且在平板的平面内横向弯曲。元件20可以是单层元件或为所谓的多层结构。示出的元件20为单层元件，并且具有五个电极，如所示的，一个覆盖平板后表面的普通电极(未示出)与四个覆盖平板前表面的各个象限的电极24，对角地相对置的电极相互电连接。引线26将普通和象限电极24连接至控制器。凸节22从平板21的一端轴向延伸，并且用于产生与形成于转子12的环形壁13的内表面上的接触面14的驱动接触。在运行中，当元件20振动时，凸节22以轨道的方式沿元件平面内的圆或椭圆路径运动。该路径已知为轨道，该运动已知为轨道运行。

图3示例了压电元件20的安装。每个元件由已知为挠性部分的元件保持器30支撑。挠性部分30具有开口槽33，元件20容纳于其中。每个挠性部分30的指状物32在分别沿两条长边25的两个位置夹紧元件20，上述两个位置在已知为摆动的元件振动过程中运动最小。挠性部分中的凸出部分43接触底部边缘23。挠性部分30还提供回复轴向力，以将凸节22压向转子12。两个挠性部分是相同的。在槽33的一侧是放大区域34，在该区域上有孔35。在槽33的相对侧上存在紧邻槽33的开口的区域，该区域形成突出于挠性部分30的平面的突出部分36，以使得当两个挠性部分30面对面放置，孔35对齐，槽33对齐，但朝向相反的方向时，突出部分36形成两个对置表面37。盘簧38安装于突出部分36，并且在两个对置表面37之间延伸，以促使两者分开。两个挠性部分30通过穿过对齐的孔35的挠性轴40可枢转地连接到一起。实际上，挠性轴可以是空心的，如图1所示，以使得电机以例如从驱动模块的外壳伸出的龙头的形式方便的安装于电机座。空心挠性轴可以是空心铆钉的形式。然而，优选地，挠性轴为实心轴，如图3所示，其简单地延伸足以超出挠性部分，以便以安装孔的形式接合电机座。在该布置中，挠性轴可以通过提供轴远端的凸缘，台阶，头部等在形状上锁定挠性组件，以避免挠性组件与转子的圆盘部分的接触。挠性轴不与转子12的轴对齐，以使得挠性组件31不随转子12旋转。引导孔39设置在靠近孔35的放大区域34中，用于通过挠性部分30将引线26引向元件20。

挠性组件31包括安装于压电元件20，通过挠性轴可枢转地连接在一起的两个挠性部分30，以及接合并分离对置表面37的弹簧38。一旦将挠性组件放置到转子12中，弹簧38促使元件20的两个凸节22与转子12的接触面14相接触。施加于压电元件20的电信号使得压电元件以某种方式振动，使得凸节22以轨道方式运动。当凸节22沿轨道运行时，它们建立并中断与转子的接触，促使转子运动。运动的方向取决于凸节的运动方向，该凸节的运动方向由控制器控制，或更准确地，由通过电信号触发的电极控制。当凸节22围绕它们的轨道运动时，它们挤压产生更强的接触，并推至一侧，该侧在挠性部分30与弹簧38的回复力的作用下，沿该侧方向推动转子。当凸节22缩回，并向相反侧运动时，它们从接触中退回，并且在不需要沿相反方向移动转子而可以沿相反横向移动凸节的情况下，滑过或跳过转子12的接触面14。凸节的快速反复运动或沿轨道的运动使得转子以给定稳定旋转特性的转子的动量旋转。两个元件保持器30与弹簧38起作用，以使得弹性地促使两个压电元件的凸节22在对角地相对的位置处与转子12的接触面14相摩擦接触。当信号不再应用于压电元件20时，挤压凸节22，使其与转子12的接触面14相摩擦接触，该摩擦接触在挠性组件与转子之间产生摩擦吸持力，其进一步抵抗转子的旋转，因此提供处于关闭模式的吸持力。

孔41可以设置在挠性部分30的突出部分36中，以辅助将挠性组件31安装入转子12中。夹紧装置的销插入孔41中，并且移动挠性部分30压缩弹簧38，便于组装。当松开夹紧装置，挠性组件31在弹簧38的驱使下展开，相对于接触面14挤压凸节22，将挠性组件31锁止至转子12，直到触发元件20。相对的表面37可以具有保持弹簧38的装置，例如凹槽或优选为突出部分，尤其是圆柱形突出部分，其可以插入到弹簧的每个端部。可选择地，突出部分或凹槽的尺寸设计得固定弹簧的各个端部，以防止在组装过程中弹簧的失落，并且避免在运行过程中弹簧的扭曲。

图4和5示例了致动器的驱动模块50。在图5中，将外壳部分移除以显示模块的内部。驱动模块50具有容纳压电电机10的外壳51，传动机构以及输出轴58。传动机构具有多个齿轮，所述齿轮将压电电机10连接至输出轴58。外壳51具有基座52和盖53，该基座与盖优选地通过用卡扣安装的连接器，例如卡合指状物54和棘爪55连接在一起。

压电电机10的挠性部分30安装在固定的挠性轴40上。转子12具有电机轴(未示出)，转子12围绕其可旋转。驱动轮齿，未示出，安装于绕电机轴的转子上。驱动轮齿接合第一直齿圆柱齿轮56，该第一直齿圆柱齿轮接合第二直齿圆柱齿轮57，第二直齿圆柱齿轮驱动输出轴58。在该实施例中，第二直齿圆柱齿轮57直接模制到输出轴58。因此，压电电机10的运行使得转子12旋转，其经由通过驱动轮齿，第一与第二直齿圆柱齿轮56，57构成的传动机构依次旋转输出轴58。驱动轮齿可以是单独的齿轮，或其可以通过切齿形成或直接形成于转子12中。在该实施例中，电机轴固定于外壳，转子围绕轴旋转。驱动轮齿为单独的部件，其可旋转地安装于电机轴，并且固定于转子，以与其一同旋转。传动机构提供逐级降低齿轮速度的减速变速器。这样就增加了电机的驱动转矩以及保持转矩。可以使用不同的传动比和技术以配合不同的转矩与速度需求。

在外壳51中示出的是电机控制器的电路板59，该控制器用于控制压电电机。用于将模块50连接至电源与控制信号的连接器60示出为从外壳51伸出。控制信号用于启动压电电机10，并且选择所需的旋转方向。

因此，可以看到，本发明优选地压电电机非常紧凑，产生旋转输出，并且理想地适合于提供用于致动器驱动模块的驱动力，该致动器具有非常低的噪声，听觉的和电子的噪声均非常低，紧凑的结构和显著的停机保持转矩。

在本发明的说明书与权利要求中，每个动词“包含”，“包括”，“具有”以及其变化用作包括的含义，以明确一定的项目的存在，但并不排除增列项目的存在。

虽然结合一个或多个优选实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应该知道的是，各种修改也是可能的。因此，本发明的范围将通过参考所附权利要求而确定。

例如，虽然输出以轴示出，但它也可以是适合于容纳轴或轴套或毂盘的孔或凹槽，该轴或轴套或毂盘适合于结合可替换地联结装置，例如，通过直接地摩擦接触，啮合齿轮接触，带传动联结等。

另外，虽然示例和描述了电机具有一个挠性组件，但电机可以具有多于一个的位于转子体积中的挠性组件。

Claims (17)

1.用于致动器的压电电机，包括：

具有接触面(14)的转子(12)；

具有轴线的转子轴，所述转子(12)围绕所述轴线旋转；

挠性组件(31)，包括：

具有第一凸节(22)的第一压电元件(20)；

具有第二凸节(22)的第二压电元件(20)；

用于保持第一压电元件(20)的第一挠性部分(30)；

用于保持第二压电元件(20)的第二挠性部分(30)；以及

用于推动第一与第二凸节(22)与接触面(14)相接触的弹簧装置(38)，

其特征在于，转子(12)具有圆盘部分(15)和环形壁(13)，所述环形壁从圆盘部分(15)的一侧伸出，并且限定出一体积，接触面(14)形成于环形壁(13)的径向内表面上，并且挠性组件(31)位于所述体积中。

2.根据权利要求1所述的压电电机，其特征在于，第一与第二凸节(22)在对角相对的位置处接触所述接触面(14)。

3.根据权利要求1或2所述的压电电机，其特征在于，每个挠性部分(30)具有用于保持各自压电元件(20)的开口槽(33)。

4.根据权利要求1或2所述的压电电机，其特征在于，每个挠性部分(30)具有指状物(32)，所述指状物(32)在节点位置沿压电元件(20)的纵向边缘(25)夹紧压电元件(20)。

5.根据权利要求1所述的压电电机，其特征在于，所述第一与第二挠性部分(30)通过具有与电机轴不同轴的轴线的挠性轴(40)可枢转地连接。

6.根据权利要求5所述的压电电机，其特征在于，所述挠性轴(40)为空心铆钉。

7.根据权利要求5所述的压电电机，其特征在于，通过弹簧装置(38)促使所述挠性部分(30)进行可枢转运动。

8.根据权利要求7所述的压电电机，其特征在于，所述弹簧装置(38)为在挠性部分(30)的对置部分之间延伸、并且分离挠性部分(30)的对置部分的单个盘簧。

9.根据权利要求8所述的压电电机，其特征在于，所述挠性部分(30)具有突出部分(36)，所述突出部分与在挠性部分(30)之间可枢转的连接件的对置侧上的槽口(33)相邻，所述突出部分(36)形成突出部分(36)之间的两个相对置的表面(37)，并且弹簧(38)接合和分离所述相对置的表面(37)。

10.根据权利要求8所述的压电电机，其特征在于，所述相对置的表面(37)的每个具有用于保持弹簧的装置。

11.根据权利要求9或10所述的压电电机，其特征在于，弹簧(38)的力使得挠性部分(30)夹紧压电元件(20)，并且挤压所述压电元件(20)，以促使凸节(22)与接触面(14)相接触。

12.根据权利要求1所述的压电电机，其特征在于，所述挠性部分(30)具有与可枢转连接件相邻的引导孔(39)，用于将引线(26)引向压电元件(20)。

13.用于致动器的驱动模块，包括：

电机(10)；

输出；

将电机(10)连接至输出的传动机构，

其特征在于，所述电机(10)为根据任一前述权利要求的压电电机。

14.根据权利要求13所述的驱动模块，进一步包括容纳电机、传动机构及输出的外壳(51)。

15.根据权利要求14所述的驱动模块，其特征在于，所述外壳(51)具有基座(52)与盖(53)，所述盖(53)通过卡合指状物(54)和卡合棘爪(55)连接至基座(52)。

16.根据权利要求14所述的驱动模块，进一步包括用于操作位于所述外壳中的电机的电路，以及用于将电路连接至电源与控制信号的连接器(60)。

17.根据权利要求16所述的驱动模块，其特征在于，所述传动机构包括将转子(12)连接至第二齿轮(57)的第一齿轮(56)，所述第二齿轮(57)驱动形成驱动模块的输出的输出轴(58)。

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