CN101681987B - 机电马达，特别是压电式微步驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马达，包括两个驱动件(19a，19b)，特别是压电式弯曲作动器，其具有彼此垂直指向的作用方向。这些作动器(19a，19b)作用在驱动环(1)上，从而由此使轴(39)旋转。在驱动环(1)上连接有两个平行于一个有效方向作用方向的拉压杆(3a，3b)，该拉压杆分别朝向其两个端部具有各一个铰链(5)并且其连接到对角杆(4)的端部上，环(1)相对于该对角杆可以向另一个作用方向移动。对角杆(4)自身通过对角悬挂装置可以相对于固定件(12)向该一个作用方向移动。这获得了紧凑的驱动装置，其具有非径向铰接在环(1)上的作动器。

Description

机电马达,特别是压电式微步驱动装置

技术领域

本发明涉及一种机电马达，特别是一种压电式调节驱动装置。

背景技术

机动车的驾驶舱试图实现设计和技术方面的最佳组合方式。在此，在驾驶员的视野中存在着各种不同的显示仪表。这些显示仪表不仅必须满足不同的技术需求，而且也必须具有对于机动车大批量生产而言具有竞争力的价格。这种显示仪表的一个例子是SiemensVDO公司的“Messwerk 2000”。

“Messwerk 2000”基于具有在其下方放置的单级的蜗轮传动装置的步进电机驱动装置。该四极的步进电机通过两个以90°相位角彼此相移的、正弦形的线圈电流特性曲线作为时间的函数来控制。相移的符号规定了旋转方向，以及频率规定了电机轴的旋转速度。在正弦形的电流特性曲线的360°的完全周期的范围内可以可再现地调节至128个中间级。这种中间级的应用称为微步操作。

包括上述已表明了特征的步进电机的完整的调节驱动装置“Messwerk 2000”包括十二个单个部件。步进电机本身由带有共同的定子板的两个线圈和一个永磁转子构成。在部件成本方面，线圈和永磁体是最大的成本。除了材料成本之外，生产成本同样对于价格是决定性的，该生产成本大约随着调节驱动装置的部件数量而成比例地增长。

由EP 1 098 429 B1公开了一种根据新的马达原理(也就是无旋转的线圈)工作的机电马达，其中，在运行期间通过对至少两个机电驱动件的时间上错置的操作来循环地推动驱动环，从而通过驱动环对特别是处于驱动环内部的轴的直接的力传递来旋转该轴。驱动环的循环的推移运动可以通过例如压电地、磁致伸缩地、电致伸缩地或者电动地驱动的作动器来诱发，从而获得在材料成本和生产成本方面更好地适合于大批量生产的调节驱动装置。压电式作动器可被这样地安装在驱动环上，即其各自的行程径向地作用到驱动环上，其中也许会采用其它的措施，以便实现在驱动环上的尽可能对称的力传导。

在最后提到的技术状态下，获得了在功能方面的优化的驱动装置，该驱动装置具有最好的同步性能(旋转速度的稳定性不取决于轴的当前位置)，而没有转矩波动。然而，特别是弯曲作动器的纵向延伸和径向布置却带来这样的问题，即平面的驱动装置变体在平面中需要巨大的位置并且多数情况下都不是很紧凑的。然而，由于在驾驶舱仪表中预设的非常紧张的结构空间比例的原因，紧凑的平面驱动装置是迫切需要的。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种在部件数量、生产成本、结构空间需求以及功能性方面得到优化的步进驱动装置，特别是一种用于驾驶舱仪表的测量装置的小型调节驱动装置。

该目的通过一种根据权利要求1的机电马达、特别是压电式微步电机来实现。本发明的有利的设计方案和改进方案由以下的说明书、附图以及从属权利要求中给出。

根据本发明的机电步进驱动装置具有下述特征：

两个机电、优选为压电的驱动件(作动器)，该驱动件具有近似彼此垂直指向的作用方向，以及轴，该轴在驱动环中这样可旋转地支撑，即通过压电的驱动件朝向于各自的作用方向的偏转而可以激发驱动环进行直接在轴上可传递的推移运动，从而使轴在驱动环中滚动并由此旋转。此外，驱动环借助于两个彼此平行并且平行于两个作用方向中的一个作用方向的、分别朝向于其两个端部而具有各一个铰链的拉压杆来连接到对角杆的端部上，从而使驱动环可以相对于对角杆以剪切的形式而向另一个、也就是说垂直于该两个拉压杆的作用方向推移。另外，至少逐段地斜向于两个作用方向延伸的对角杆的对角相对设置的端部分别借助于平行于另一个作用方向的、朝向于其两个端部而具有各一个铰链的拉压杆来连接到各一个固定件上，其中杆中的一个的固定件和另一个杆在对角杆上的连接部位-反之亦然-分别大约沿着平行于该一个作用方向的平行线而彼此相对设置，从而使对角杆可以相对于固定件而向该一个作用方向推移。

根据本发明的环形悬挂装置将用于两个作用方向中的一个作用方向的(部分地成框形围绕驱动环的)平行悬挂与用于另一个、与第一作用方向垂直的作用方向的对角悬挂组合起来，并且能够基于其元件或部件彼此之间的特殊的、铰接的连接而实现所希望的运动学结构。作为由驱动环连接到对角杆上的结构和对角杆连接到壳体上或由此连接到机械刚性连接的部件上的结构相组合所得到的结果，驱动环可以相对于壳体在x-y-平面上几乎不受力地在各个方向上推移，但是抗扭地支撑。这一总体结构在此称为“切向运动学结构”。特别值得注意的是，根据本发明的环形悬挂装置的严格的平面的结构或者x-y-运动学结构，其可以放弃应平行于驱动环的平面布置的元件，例如定距片。

每个作用于驱动环的转矩通过切向运动学结构被传递到壳体上，而不会同时使得环发生显著的旋转。因此与现有技术相反地，不必再重视由弯曲作动器所提供的力在驱动环中相对于环孔的中心点的径向的力传导，这是因为由非径向的、偏心的力传导所引起的、在驱动环上的转矩通过切向运动学结构和壳体基本上抗扭地被接收。这提供了驱动件的节省空间的布置的可能性，特别是沿着驱动环的侧面或半环，也就是说例如平行于(向外)成直角的驱动环的两个布置在角部上方的侧面。由此可以实现步进驱动装置的非常紧凑的、节省结构空间的构造。根据本发明的步进驱动装置的特征还在于数量非常少的简单的部件，从而使其特别适合于大批量生产。此外，由于塑料和作动器的不同的热膨胀性能而出现的驱动装置的热失调在结构上安全地被阻止。通过合型、例如借助于设计在驱动环与轴之间的齿部，实现了根据本发明的驱动装置在纯粹受控制的运行中的非常高的调节精度，而不必使用传感器和调整回路。

根据本发明(有利于紧凑性的优化)不一定追求在驱动环上的完全对称的力传导。考虑到功能而可能从其中得出的结果、例如轻微的同步波动和转矩波动，可以通过其它措施来减小，即进一步遵守客户说明书。特别地，小的转速波动(与规定值的偏差)可以通过驱动件的调制纯正弦形特性曲线的控制装置来得到补偿。

在本发明的一个特别有利的实施方式中，环形悬挂装置的拉压杆的铰链分别设计为固体铰链。固体铰链可以分别通过拉压杆的短的部段中的横截面收缩部形成，这在制造技术方面是特别有利的。

在切向运动学结构的几何形状实施方面有利的是：将平行于该一个作用方向布置的拉压杆沿着驱动环的相对设置的侧面或者半环布置并且分别连接到驱动环的加强部上，该加强部布置在驱动环的与对角杆背离的侧面或者半环上。在此还有利的是这样来选择：在驱动环与对角杆之间布置的、平行于另一个作用方向的拉压杆的长度小于在两个平行于该一个作用方向布置的拉压杆之间的间距。

在对角杆方面的有利的几何形状布置可以由此实现：对角杆包括：几乎平行于另一个作用方向布置的中间段；和端部部段，该端部部段朝向于中间段形成角度，其中端部部段以相同的旋转方向形成角度，从而使对角杆的端部彼此大约对角相对地设置。

此外，在几何形状方面、也就是说基本上在制造技术方面有利的是：固定件连接着平行于另一个作用方向布置的、沿着对角杆的背向驱动环的侧面走向的拉压杆，固定件固定在近似矩形的、机械刚性的框形部件上。在该实施方式的一个改进方案中，框形部件设计为步进驱动装置的壳体部件。在另一个、连接着平行于另一个作用方向布置的、沿着对角杆的面向驱动环的侧面走向的拉压杆的固定件方面，有利的是集成在步进驱动装置的壳体的底板元件和/或盖中，其中拉压杆的设计用于连接到固定件上的端部配备有连接在固定件上的端头。该端头因此以简单的方式制造了在驱动环的平面与壳体的盖或底板元件之间的逐点的连接，该连接未破坏环形悬挂装置的基本平坦的结构。

两个机电驱动件可以特别有利地设计为弯曲作动器，优选为压电式弯曲作动器。

这种基于压电式陶瓷材料的固体弯曲作动器在各种不同类型的结构形式中多年以来在多种工业领域中使用。其特征在于小的结构形式、低的能量需求以及高的可靠性。因此，压电式弯曲作动器例如展示了在工业环境中至少为10⁹的周期的使用寿命。在小型调节驱动装置中例如用于显示仪表的弯曲作动器典型地这样确定尺寸，即它在其运动的端部上具有从大约0.2mm至2mm范围中的自由的偏转。此外，在弯曲作动器的可自由运动的端部的偏转被锁止的情况下，实现了从0.5N至2N的范围中的锁止力。弯曲作动器的大约直线的偏转分别横向于其最大纵向延伸来实现。偏转的方向(其对应于弯曲作动器的作用方向)近似垂直于弯曲作动器的纵向轴线。

根据本发明的步进驱动装置的一个特别紧凑的变体通过一种布置来得到，其中各有一个平行于一个或者说另一个作用方向布置的、沿着驱动环的一个侧面或半环走向的拉压杆连接到在驱动环上的加强部上，拉压杆朝向于其两个端部而具有各一个固体铰链，并且在其背向加强部的端部上分别连接有垂直于各个拉压杆布置的、沿着驱动环的一个侧面或(在驱动环未设计成垂直的情况下)半环走向的弯曲作动器的移动的端部。通过两个机电的、优选地是压电式驱动件在驱动环上的这种剪切灵活(scherflexible)的铰接得到了优点：它们的运动方向彼此分离，从而对驱动件在其运动中未产生阻力或仅产生可忽略不计的轻微的阻力。在力传导中也就不会出现能量损失。此外，根据该实施方式的弯曲作动器的这种布置或者说铰接非常节省空间。

根据这种具有弯曲作动器的实施方式的一个改进方案有利的是，壳体部件、驱动环、拉压杆以及对角杆构成了以塑料喷射注塑技术一体制成的驱动模块，其中弯曲作动器一同注入该驱动模块中。以塑料喷射注塑技术来制造驱动模块是简单且价廉的，其中，通过在喷射工序中包含多个弯曲作动器进一步减少了生产步骤的数量。

为了刚性地支撑驱动模块或为了可旋转地支撑所配属的轴，有利的是，设计一种近似正方形的、具有底板元件和盖的壳体，其中在底板元件中设计有中央轴承座，轴承座具有抵靠面和第一轴承孔，并且在盖中设计有用于轴的第二轴承孔，以及其中固定件这样布置在壳体中并且在那里固定或者集成，从而使轴的至少一个圆柱形的滚动面可以在驱动环的环孔的配属的滚动面中滚动。

附图说明

参照附图对本发明的优选的实施方式进一步说明。图中示出：

图1A和1B分别以俯视图或以透视图示出了用于根据本发明的步进驱动装置的固定在壳体框架中的驱动模块的实施方式，

图2A和2B分别以如图1相同的视图示出了那里的驱动模块，然而具有插入的弯曲作动器，

图3A以俯视图示出了具有在x-方向上偏转的驱动环的驱动模块以及图3B以俯视图示出了具有在y-方向上偏转的驱动环的驱动模块，

图4A和4B分别以如图1相同的视图示出了用于支撑轴和驱动模块的壳体-底板元件，

图5A和5B分别以如图1相同的视图示出了适合于根据图1或者图4的壳体的盖，

图6A和6B分别以如图1相同的视图示出了弧形弹簧的视图，

图7A和7B分别以如图1相同的视图示出了用于根据本发明的步进驱动装置的轴，

图8示出了沿z轴线穿过处于装配状态中的带有外壳的驱动装置的轴向的横截面。

具体实施方式

根据本发明提出了压电式步进电机，其允许通过弯曲作动器的合适的周期性的直线运动的叠加而产生连续性的和均匀的旋转。为了这个目的，弯曲作动器19a，19b(参看图2)借助于在x-y-平面中确保了可移动性能的环形悬挂装置(在该环形悬挂装置中实现了根据本发明的切向运动学结构)这样连接在平的驱动环1上，从而使其可以沿着弯曲作动器19a，19b(参看图2)的彼此垂直的作用方向x和y平移。基本上，(可集成在框形部件8里的)固定件12与驱动环1、对角杆4、拉压杆3a，3b，6a，6b，11a，11b以及，在必要时，集成的弯曲作动器19a，19b一起形成了在下面称为“驱动模块”的单元。驱动模块可以借助于注塑技术由聚乙烯、注塑-塑料、POM或者由其它合适的材料制造。

图1以俯视图和以透视图示出了驱动模块的基本上平坦的并且由此可简单地制造的结构。其首先包括驱动环1，该驱动环包括圆柱形的环孔2，该环孔的轴线例如与笛卡尔坐标系的z-轴线一致，该坐标系的x-y-平面平行于绘图平面延伸。驱动环1例如设计成矩形并利用其(外部)边缘或侧面14平行于驱动件19a，19b的两个彼此垂直的作用方向而指向。驱动环1借助于两个大约彼此平行走向并在其纵向延伸中大约平行于x-方向指向的拉压杆3a，3b而与足够机械刚性的对角杆4连接。借助于所谓的固体铰链5将拉压杆3a，3b连接在驱动环1和对角杆4上。固体铰链能实现，如通常使用的铰链一样(然而仅在一个受限制的角度范围之内，但是对此为无间隙的)，连接上的元件彼此之间几乎畅通无阻的旋转。其功能基于弯曲原理。通过杆横截面在短的部段中的有针对性的缩短，实现了局部的弯曲。缩短的杆横截面导致了大大下降的弯曲刚度。由于横截面收缩非常局部化，因此杆的轴向的弹簧刚度(刚度)几乎没有减小。横截面收缩可以在(绘图-)平面中和/或也作为垂直于绘图平面的配合部分来实现。固体铰链在轴向刚度和扭转刚度方面的几何形状的设计方案，以及局部化的程度和其对于调节驱动装置的功能和可制造性的影响例如可以借助于有限要素模型还在各自的使用情况方面得到优化。

杆件3a，3b的成对地大约彼此平行、并且平行于x-轴线走向的布置与其在足够机械刚性的驱动环1上和在足够机械刚性的对角杆4上通过固体铰链5而产生的连接部所形成的组合使得驱动环1可以比较容易地(也就是说几乎不受力地)相对于对角杆4以剪切的形式在y-方向上推移。这种结构对于驱动环1的扭转和环在x-方向上相对于对角杆4的推移而反向地施加了很高的阻力。

对角杆4的两个对角相对设置的端部借助于两个大约彼此平行走向并且在其纵向延伸中大约平行于y-方向指向的拉压杆6a，6b而与步进驱动装置的壳体连接。在杆6a的情况下，壳体连接例如通过部分地垂直于杆6a延伸的、杆6a的端头7(其刚性地与壳体的在此未示出的底板-和/或盖元件足够机械刚性地力配合或形状配合地连接，例如通过挤压、熔制、焊接、粘贴等等)来实现。杆6b在其背向对角杆4上的连接部的端部上与框形部件8连接。框形部件8可以是(进一步在图8下方示出的)壳体的组件或者与其足够刚性地连接。机械刚性的拉压杆6a，6b同样也通过固体铰链5连接到框形部件8、端头7或连接到对角杆4上。

杆件6a，6b的彼此成对地、并且大约平行于y-轴线的布置，其中杆6a，6b的连接位置位于对角杆4的彼此相反的端部上，以及其中杆在壳体上的连接部(或者与其刚性地连接的部件的连接部)大约在相同的高度上(y-坐标)以另一个杆的连接部抵靠在对角杆4上，以及其中杆件6a，6b在所有四个端部上的杆连接部借助于固体铰链5来实现，这种布置限定了：对角杆4可以未受很大阻力地(也就是说几乎不受力地)相对于壳体在x-方向上推移。这种结构对于对角杆4的扭转和对角杆在y-方向上相对于壳体的推移而反向地施加了很高的阻力。

作为由驱动环1连接到对角杆4上的结构和对角杆连接到壳体上或者与之机械刚性连接的部件(例如端头7、框形部件8)上的结构所形成的组合所得到的结果，驱动环1可以相对于壳体在x-y-平面上几乎不受力地在各个方向上推移，但是抗扭地支撑。每个作用于驱动环1的转矩通过根据本发明的切向运动学结构传输到壳体上，而不会同时使环发生显著的旋转。所引起的在环悬挂上的偏转的运动范围为仅大约100微米。

框形部件8在该实施例中同时构成了驱动装置壳体的一部分并可以在必要时具有加强部16，17(例如在角中和在边缘中)。框形部件8可以用于固定调节驱动装置、特别是固定件12并且因此设计为空间固定的。如从图1进一步可看到地，框形部件8的加强部16和17包括容纳部9a或9b用于抗扭地固定住条形的机电(例如压电的)弯曲作动器。在框形部件8中可以设计有在此未示出的措施，以便在其(在框形部件8中)静止的端部上与弯曲作动器发生电接触(例如对接触针、夹式触点、弧形弹簧触点等)。可替换地，弯曲作动器也可以在运动的区域中或者在其反向运动的端部上电连接。

为了容纳要以其静止的端部插入到框形部件8的容纳部9a，9b中的弯曲作动器的运动的端部而设计有合适的容纳体10a，10b，该容纳体分别通过一个包括固体铰链5、刚性的拉压杆11a，11b和另一个固体铰链5的系列部分而固定在驱动环1上。

图2示出了具有插入的固体弯曲作动器19a，19b的驱动模块，其在下面简称为作动器。在所示出的示例性的配置中，作动器19a，19b在其静止的端部上机械刚性地固定在框形部件8中并且大约彼此垂直地布置。作动器19a，19b在框形部件8上的连接部的刚性可以通过框形部件8的加强部16，17得以提高。如果作动器19a，19b被电控制，则其进行弯曲运动，其中其运动的端部基本上实施垂直于其纵向延伸的运动。作动器19a，19b的运动方向也称为作用方向。

因此，弯曲作动器19a在电控制的情况下在x-方向上偏转或在有阻力的情况下产生在x-方向上的力。这种运动或者力机械刚性地通过拉压杆11a传递到刚性的驱动环1上。弯曲作动器19b在电控制的情况下在y-方向上偏转或在有阻力的情况下产生在y-方向上的力。这种运动或者力机械刚性地通过拉压杆11b传递到刚性的驱动环1上。使拉压杆11a，11b连接到容纳体10a，10b上以及还借助于固体铰链5连接到驱动环1上，这引起了：弯曲作动器19a，19b可以彼此之间完全独立地起作用并且互不影响。作动器特别地不必克服各个其它弯曲作动器的相对较高的机械性的刚度来工作。也就使得弯曲作动器19a，19b的运动实现了去耦。

如果弯曲作动器被电控制，则其因此大约以圆弧的形式而弯曲，由此，曲线在弯曲作动器的被移动的端部上的正切曲线斜率发生变化。这种类型的“旋转运动”通过固体铰链5而被可靠地吸收。同样地，弯曲长度相对于驱动模块的变化(例如通过切向运动学结构的、壳体的和弯曲作动器19a，19b的材料的不同的热膨胀)通过具有固体铰链5的拉压杆连接件11a，11b而被可靠地吸收，其方法是：杆11a，11b最小程度地旋转，而不会由此明显地损害其力-或者路径-传递功能。

图3A示出了在控制弯曲作动器19a进行平行于正面的x-方向的偏转的情况下切向运动学结构的反应(变形)。对角杆4通过拉压杆3a，3b推移到x-方向的正方向上。作为结果可以确定的是，驱动环1紧随作动器19a的移动的端部的x-运动而不会扭转，其中对角杆4的悬挂的结构确保了必需的导向和灵活度。一个可替换的实施方式也是可能的，其中，对角杆4的端部从“左上”向“右下”对角相对设置，也就是说与在图1至8中示出的实施例相反。

图3B示出了在控制弯曲作动器19b进行平行于y-方向的负方向的偏转的情况下切向运动学结构的反应(变形)。作为结果可以确定的是，驱动环1紧随作动器19b的移动的端部的y-运动而不会扭转，其中对角杆4上的环1的悬挂的结构确保了为此所必需的导向和灵活度。

弯曲作动器19a和19b共同使得驱动环1完全彼此独立地在x-或y-方向上相对于壳体移动。环的扭转通过切向运动学结构而中止。这以非常少数量的简单的部件产生了驱动模块的非常紧凑和可靠的平坦的结构。驱动模块因此也是可量产的。驱动模块例如可以简单和价廉地以塑料喷射注塑技术来生产，并且弯曲作动器19a，19b可以特别有利地在一个工序中被注入驱动模块里，由此进一步减少了制造步骤的数量。此外，弯曲作动器19a，19b在驱动环1上的连接的结构吸收了元件彼此之间(例如通过使用的材料的不同的热膨胀性)的相对的长度变化。

为了在步进电机中实现与驱动模块相联系的切向运动学结构的原理，还需要轴和该轴的尽可能无间隙的、但可旋转的轴承结构，以及驱动模块的刚性的轴承结构：

图4示出了为此与壳体框架8联系的合适的底板元件18。其包括与驱动模块的框形部件的环绕边缘紧密配合的环绕凹槽25，其在底板元件18插入驱动模块中的情况下确保了：轴承孔26的孔轴对应地抵靠于环1的环孔2的轴。轴承孔26的直径紧密配合于通向轴39的圆柱形的滑动面(参看图8)，它们共同构成了第一个无间隙但低摩擦的旋转轴承以用于轴39。中央轴承座28的端面27用作为用于轴39的抵靠面，以使得轴39的滚动面在同样的高度上抵靠于环孔2。

图5示出了适合于壳体框架8和底板元件18的盖20，其在其下侧同样也具有环绕凹槽，其与驱动模块的框形部件8的环绕边缘紧密配合，从而使得在盖20插入驱动模块中的情况下，轴承孔29的轴对应地抵靠于环孔2的轴。轴承孔29的直径紧密配合于通向轴39的圆柱形的滑动面，它们共同构成了第二个无间隙但低摩擦的旋转轴承以用于轴39(参看图7和8)。

图6示出了合适的弧形弹簧21。该弧形弹簧包括孔30以便使轴穿过，由此确保了：其在运行时不能“移走”。弧形弹簧21在面31上方接近于孔轴以接触线的形式支撑在轴39上，以便使得通过摩擦而产生的到轴39上的制动转矩保持得尽可能小。在远处的外部的下方的面32用于将弧形弹簧21支撑在盖表面上。弧形弹簧21的力测定为足以使得轴39在所有的运行状态中可靠地保持抵靠于底板元件18的轴承座28的端面27，但是也保持为尽可能小，以避免出现显著的、可能会阻止轴39的旋转的力。这样确保了：驱动环1和轴39的滚动面在所有的运行条件下足够精确地在z-方向上彼此保持在确定的位置。

图7示出了合适的轴39。该轴具有：两个圆柱形的滑动轴承面33，34，该滑动轴承面与轴承孔29，26的圆柱形的内表面紧密配合；以及至少一个圆柱形的滚动面35，其与驱动环1的环孔2的至少一个滚动面105紧密配合。面33的轴向的延长部用于将各自的、由步进电机来驱动的元件连接至轴39。

图8示出了沿着z-轴线穿过处于装配状态下的驱动装置的轴向的横截面。其特别示出了其组件彼此之间的位置。轴39可以在两个位置上以狭窄的间隙配合的形式利用滑动相对33，22和34，23来围绕z-轴线进行低摩擦地旋转，但是机械刚性地彼此平移支撑。合适的弧形弹簧21在与抵靠面27的共同作用的情况下使轴39保持在z-方向低摩擦地固定住。驱动模块在静止状态中使环孔2的滚动面24保持为同心的并且也保持在z-方向上在相对于轴39的滚动面35的合适的位置上。

借助于合适的电控制功能，弯曲作动器19a，19b分别在其移动的端部上以正弦形或余弦形的时间曲线围绕静止位置偏转，由此，环孔2的滚动面24保持抵靠于轴39的滚动面35并且以圆形的推移运动的形式围绕轴39的滚动面35运动以及由此使得轴39转入旋转状态。借助于驱动环1的x-或y-偏转的相对的相位来确定旋转方向并且借助于控制频率来确定旋转速度。

在最简单的情况下，从驱动环1到轴39的力传递通过摩擦来实现。在此可以取决于这种构造的调节驱动装置的、作用到轴39上的负载转矩而滑脱，由此降低了调节驱动装置的精度。优选地通过引入驱动环1的和轴39的滚动面之间的形状配合件来减少滑脱，特别是用这种方法：在驱动环1的内表面24上和在轴39的外表面35上安装齿部来减少滑脱。在此，驱动环1和轴39优选地具有不同的齿数量，该数量差至少为1。这意味着：驱动环1的内表面24的齿部比轴39的外表面35至少多出一个齿轮。如果驱动环1和轴39在调节驱动装置内部这样被操纵，即齿部未脱出啮合，则调节驱动装置以理想的方式不滑脱地工作。

驱动环1的和轴39的摆线齿部被认为是特别优选的。在摆线的齿部的情况下，所有齿中的几乎一半啮合，由此可以在驱动环1与轴39之间传输很高的转矩。首先，通过在驱动环1的内表面24上的和在轴39的外表面35上的齿的数量确定了调节驱动装置的传动比，其典型地在从20∶1至200∶1之间的范围中。为了进一步使调节驱动装置被调整出仅仅一个齿的距离，也就是说进一步使得轴39通过驱动环1旋转一个齿的距离，优选地必须经历调节驱动装置的控制中的正弦信号的完整的周期。由于为了进一步调节出一个齿的距离而必须经历控制信号的一个周期，因此调节驱动装置的特征在于高的精度和高的重复精度。此外，通过齿的数量以及对于每个齿的控制信号的周期的应用而实现了调节驱动装置的高的角度分辨率。作为对此的补充，可以任意地在控制信号的周期之内插值，以便确保调节驱动装置的微步运行。因此，调节驱动装置根据优选的配置而提供了：高效率、高传动比、高的可传输转矩(基于驱动环1的和轴39的齿部)、在传输转矩时的不滑脱性能、在轴39(微步运行)的齿之内的旋转角度的任意插值、少的驱动转矩波动(波动)以及对于驱动环1和轴39的低的齿面负载，从而同样也降低了磨损。

Claims (21)

1.一种压电式机电马达，具有：

-两个机电驱动件(19a，19b)，所述驱动件具有近似彼此垂直指向的作用方向，

-这样能旋转地支撑在驱动环(1)中的轴(39)，即所述驱动环(1)能通过所述机电驱动件(19a，19b)在各自的作用方向上的偏转来激励进行能直接传递到所述轴(39)上的推移运动，从而使所述轴(39)在所述驱动环(1)中滚动并由此旋转，同时

-所述驱动环(1)借助于两个彼此平行并且平行于两个所述近似彼此垂直指向的作用方向中的一个作用方向的第一拉压杆(3a，3b)来连接到对角杆(4)的端部上，其中所述第一拉压杆分别朝向于所述第一拉压杆的两个端部而具有各一个铰链(5)，从而使所述驱动环(1)能相对于所述对角杆(4)以剪切的形式而向所述两个近似彼此垂直指向的作用方向中的另一个作用方向移动，以及

-所述对角杆(4)的对角相对设置的端部分别借助于平行于所述另一个作用方向的第二拉压杆(6a，6b)来连接到各一个固定件(12)上，其中所述第二拉压杆朝向于所述第二拉压杆的其两个端部而具有各一个铰链(5)并且其中所述对角杆至少逐段地斜向于所述两个近似彼此垂直指向的作用方向延伸，其中两个所述第二拉压杆(6a，6b)中的一个的所述固定件(12)和所述第二拉压杆(6a，6b)中的另一个在所述对角杆(4)上的连接部位-反之亦然-分别大约沿着平行于所述一个作用方向的平行线而彼此相对设置，从而使所述对角杆(4)可以相对于所述固定件(12)而向所述一个作用方向推移。

2.根据权利要求1所述的压电式机电马达，其中所述第一和第二拉压杆(3a，3b，6a，6b)的所述铰链(5)分别设计为固体铰链。

3.根据权利要求2所述的压电式机电马达，其中所述固体铰链(5)分别通过所述第一和第二拉压杆(3a，3b，6a，6b)的端部中的横截面收缩部形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压电式机电马达，其中平行于所述一个作用方向布置的所述第一拉压杆(3a，3b)沿着所述驱动环(1)的相对设置的侧面(14)布置并且分别连接到所述驱动环(1)的加强部(13，15)上，所述加强部布置在所述驱动环(1)的背向所述对角杆(4)的侧面上。

5.根据权利要求4所述的压电式机电马达，其中在所述驱动环(1)与所述对角杆(4)之间布置的、平行于所述另一个作用方向的第二拉压杆(6a)的长度小于在所述两个平行于所述一个作用方向布置的第一拉压杆(3a，3b)之间的间距。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的压电式机电马达，其中所述对角杆(4)包括：几乎平行于所述另一个作用方向布置的中间段；和端部部段，所述端部部段朝向于所述中间段形成角度，其中所述端部部段以相同的旋转方向形成角度，从而使所述对角杆(4)的所述端部彼此大约对角相对设置。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的压电式机电马达，其中所述固定件(12)连接着平行于所述另一个作用方向布置的、沿着所述对角杆(4)的背向所述驱动环(1)的侧面走向的所述第二拉压杆(6b)，所述固定件固定在近似矩形的、机械刚性的框形部件(8)上。

8.根据权利要求7所述的压电式机电马达，其中所述框形部件(8)设计为所述步进驱动装置的壳体部件。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的压电式机电马达，其中所述固定件连接着平行于所述另一个作用方向布置的、沿着所述对角杆(4)的面向所述驱动环(1)的侧面走向的所述第二拉压杆(6a)，所述固定件集成在所述步进驱动装置的壳体的底板元件(18)和/或盖(20)中，其中所述第二拉压杆(6a)的设计用于连接到所述固定件上的端部配备有连接在所述固定件上的端头(7)。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的压电式机电马达，所述机电马达的两个机电驱动件(19a，19b)是弯曲作动器。

11.根据权利要求10所述的压电式机电马达，所述弯曲作动器是压电式弯曲作动器。

12.根据权利要求4所述的压电式机电马达，其中各有一个平行于所述一个或者说所述另一个作用方向布置的、沿着所述驱动环(1)的一个侧面(14)走向的第三拉压杆(11a，11b)连接在所述驱动环(1)上的所述加强部(13，15)上，所述拉压杆朝向于其两个端部而具有各一个固体铰链(5)，并且在其背向所述加强部(13，15)的端部上分别连接有垂直于各个所述第三拉压杆(11a，11b)布置的、沿着所述驱动环(1)的一个侧面(14)走向的弯曲作动器(19a，19b)的移动的端部。

13.根据权利要求10所述的压电式机电马达，其中各有一个平行于所述一个或者说所述另一个作用方向布置的、沿着所述驱动环(1)的一个侧面(14)走向的第三拉压杆(11a，11b)连接在所述驱动环(1)上的所述加强部(13，15)上，所述拉压杆朝向于其两个端部而具有各一个固体铰链(5)，并且在其背向所述加强部(13，15)的端部上分别连接有垂直于各个所述第三拉压杆(11a，11b)布置的、沿着所述驱动环(1)的一个侧面(14)走向的弯曲作动器(19a，19b)的移动的端部。

14.根据权利要求10所述的压电式机电马达，其中至少是所述框形部件(8)、所述驱动环(1)、所述第一、第二和第三拉压杆(3a，3b，6a，6b，11a，11b)以及所述对角杆(4)构成了以塑料喷射注塑技术一体制成的驱动模块，其中所述弯曲作动器(19a，19b)一同注入所述驱动模块中。

15.根据权利要求12所述的压电式机电马达，其中至少是所述框形部件(8)、所述驱动环(1)、所述第一、第二和第三拉压杆(3a，3b，6a，6b，11a，11b)以及所述对角杆(4)构成了以塑料喷射注塑技术一体制成的驱动模块，其中所述弯曲作动器(19a，19b)一同注入所述驱动模块中。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的压电式机电马达，其中近似正方形的壳体设计具有底板元件(18)和盖(20)，其中在所述底板元件(18)中设计有具有抵靠面(27)和第一轴承孔(26)的中央轴承座(28)，以及在所述盖(20)中设计有用于所述轴(39)的第二轴承孔(29)，以及其中所述固定件(12)这样布置在所述壳体上并且在那里固定或者集成，从而使所述轴(39)的至少一个圆柱形的滚动面(35)能在所述驱动环(1)的环孔(2)的配属的滚动面(24)中滚动。

17.根据权利要求16所述的压电式机电马达，其中所述轴(39)设计具有盘形的中间件，所述中间件的第一环形端面平放在所述轴承座(28)上并且所述中间件的外周表面形成了所述轴(39)的所述圆柱形的滚动面(35)。

18.根据权利要求17所述的压电式机电马达，其中为了确保在所述轴(39)的轴线的z方向上的固定而设计有弧形弹簧(21)，所述弧形弹簧配备有孔(30)以便使所述轴(39)穿过，所述弧形弹簧一方面支撑在所述轴(39)的所述盘形的中间件的第二环形端面上，以及另一方面在装配了盖的情况下支撑在所述盖的表面上，从而轻易地防止了所述轴(39)的旋转。

19.根据权利要求16所述的压电式机电马达，其中为了实现在所述驱动环(1)的所述环孔(2)的内表面(24)上和在所述轴(39)的所述配属的滚动面(35)上的形状配合的力传递而安装了齿部。

20.根据权利要求19所述的压电式机电马达，其中所述齿部是摆线齿部。

21.根据权利要求1至3中任一项所述的压电式机电马达，其中所述机电马达是压电式微步驱动装置。

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