CN103181071B - 压电马达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压电马达，该压电马达包括定子（1）和转子（2）并且至少一个由定子（1）保持的且驱动转子（2）的驱动指形件，该驱动指形件与至少一个压电元件相互作用。为了改善力传递，驱动指形件（3）以其自由端（5）使能压靠在转子（2）的环形面（6）上的驱动爪（7）运动，其中驱动指形件（3）的自由端（5）沿纵向能移动地保持在驱动爪（7）的两个止挡（8、9）之间并且驱动爪（7）在驱动指形件（3）的驱动运动期间被至少一个压电致动器（10）能以驱动指形件（3）的驱动运动的节奏压在转子（2）上并且能与压电致动器（10）一起根据驱动指形件（3）的偏转（30）的大小沿驱动方向绕转子轴线（11）来回偏转。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电马达，包括定子和转子以及至少一个由定子保持的且驱动转子的驱动指形件，该驱动指形件与至少一个压电元件相互作用。转子能绕定子旋转，该定子由定子轴固定。定子具有空心的环形面，驱动指形件作用到该环形面上。但是转子也能设置在定子旁并且由定子保持在一端上的驱动指形件作用到转子的圆柱形的环形面上。
背景技术
这种类型的压电马达在如下文件中均为已知：DE102006004194；EP0951078；WO01/41228；EP1192704。
在这种压电马达中借助于交互的压电效应使电振动转化成机械振动并且驱动指形件的机械振动用于驱动转子。如果驱动指形件的偏转非常小，那么由于高速的偏转实现转子的足够高的转速。
在已知的压电马达中，驱动指形件由谐振体构成，该谐振体被由压电材料构成的振动发生器处于振动中。驱动指形件的振动的端部由弹簧装置压在转子的环形面上，因此形成摩擦接触。
驱动指形件与转子的摩擦接触具有如下缺点，即驱动指形件的振动的接触面相对较快地磨损并且不完全利用沿驱动方向延伸的元件。另外甚至非常小的力能由驱动指形件传递到转子上。
发明目的
因此本发明的目的在于实现一种压电马达，其中改善驱动指形件到转子上的力传递。
根据本发明该目的按如下方案实现，即驱动指形件以其自由端使能压靠在转子的环形面上的驱动爪运动，其中驱动指形件的自由端能径向移动地保持在驱动爪的两个止挡之间并且驱动爪在驱动指形件的驱动运动期间被至少一个压电致动器能以驱动指形件的驱动运动的节奏压在转子上并且能与压电致动器一起根据驱动指形件的偏转的大小沿驱动方向绕转子轴线来回偏转。
在该压电马达中，驱动指形件的振动由驱动爪承接，该驱动爪由另一压电致动器以驱动指形件的振动的节奏压在转子的空心圆柱形的或圆柱形的环形面上。因此进一步避免滑动损耗并且也可以使较大的力从驱动指形件通过驱动件传递到转子上。
驱动爪的接触面是相对较大的并且这样实现，使得在转子与驱动爪之间实现良好的摩擦连接。
驱动指形件的自由端这样保持在驱动爪的止挡之间，使得自由端能沿驱动指形件的纵向并且垂直于该驱动指形件运动。驱动指形件的自由端不仅能沿驱动方向来回振动，而且能以圆形或椭圆形振动。
驱动指形件构成为弯曲型压电元件，该弯曲型压电元件以其固定的端部不可旋转地保持在定子中，该弯曲型压电元件在一侧或在两侧用压电晶体涂布并且能朝一侧或两侧弯曲并且部分地由弹性材料构成，该材料用作为复位弹簧。
但是驱动指形件以其固定的端部能绕转子轴线枢转地保持在定子上并且由叠式致动器和复位弹簧或者第二叠式致动器产生振动。
使两个或多个被驱动指形件带动的驱动爪能作用到转子上，所述驱动爪的驱动压电装置和压紧压电致动器以相同的频率和至少部分相位错开地作用到转子上。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明的实施例，其中：
图1显示按图2的剖面线I-I的压电马达的剖视图;
图2显示按图1的剖面线II-II的压电马达的剖视图;
图3显示压电马达的另一实施形式的透视剖视图;
图4显示原理图;
图5显示按图3的压电马达的分解图;
图6显示由叠式压电致动器驱动的驱动指形件的主视图;
图7显示具有驱动爪的压电拱曲盘的主视图，所述驱动爪被驱动指形件带动，该驱动指形件由设置在两侧的叠式压电致动器进行驱动;
图8显示相应于图7的俯视图，其中驱动爪和转子的内侧设有齿部;
图9显示图8的放大的局部视图。
具体实施方式
按图1和2的压电马达具有定子1和能绕轴线11旋转的转子2，该转子由驱动指形件3驱动。驱动指形件3具有被定子1保持的固定的端部4和能运动的自由端部5。驱动指形件3与至少一个压电元件17相互作用，该压电元件使得驱动指形件3的自由端5沿驱动方向运动。驱动指形件3的自由端5能径向移动地保持在驱动爪7的两个止挡8和9之间，该驱动爪在驱动指形件3的驱动运动期间被至少一个压电致动器10压在转子2的环形面6上，在电压下该压电致动器改变其长度。使驱动爪7压在转子2上的压电致动器10例如可以是压电叠式致动器。
这样设置驱动爪7的与转子2接触的面，使得在贴靠时实现与转子2的良好的摩擦连接。因为驱动爪7在驱动阶段期间以转子2绕轴线11偏转，所以驱动爪7必须以其压电致动器10能绕定子轴线11偏转。驱动的压电元件17以及压紧的压电致动器10以相同的频率且以相同的节奏工作，使得在驱动运动结束时消除驱动爪7与转子2的接触并且驱动指形件3与驱动爪7一起跳回到初始位置并且能开始一个新的驱动步骤。驱动指形件3的跳回由于驱动指形件3的材料特性和弹性而实现或者通过其它的以相同的频率但是相位错开地工作的压电致动器而实现。驱动爪7由环形面6的升起借助于复位弹簧而实现。
驱动指形件3的自由端5不仅能沿驱动指形件3的纵向保持，而且能垂直于该驱动指形件且垂直于驱动方向能移动地保持在驱动爪7的止挡8与9之间，使得驱动指形件3的自由端5也能执行椭圆形的运动。
驱动指形件3按有利的方式作为谐振器工作，该谐振器被压电晶体激励出以固有频率的振动。振动能沿驱动方向来回实现或者也根据椭圆形轨迹或圆形轨迹实现。
压电晶体17设置在驱动指形件3的一侧上，使得在电压下驱动指形件朝该侧弯曲并且在此带动驱动爪7。因为在运动结束时驱动爪7消除其与转子2的空心圆柱形的环形面6的接触，所以驱动指形件3以驱动爪7跳回到初始位置。驱动指形件3也能在两侧用压电晶体涂布，使得转子2不仅能沿顺时针方向而且能逆向顺时针方向旋转，只要驱动指形件3的仅相应一侧错开并且驱动指形件向左或向右弯曲。
为了实现转子2的较大的同步并且压电马达的较大的功率，两个或多个驱动指形件并且与之共同工作的驱动爪作用到转子2上。
如图2显示的，相对于盘形的定子1的两侧设置驱动指形件3、3’，所述驱动指形件与驱动爪7和7’共同作用。驱动指形件3、3’和驱动爪7、7’以相同的频率工作，但是错开一半的波长或相位。在具有驱动爪的三个驱动指形件中，相位错开应为三分之一的相位并且在具有驱动爪的四个驱动指形件中为四分之一的波长或相位。
在按图3至5的压电马达的实施形式中，工作方式根据按图1和2的压电马达。相同作用的部分设有相同的附图标记。转子2壳体式地包围定子1并且通过两个壳体盖21、22和轴承12能绕固定的定子轴13旋转地支承。定子1具有至少一个驱动指形件3，该驱动指形件以至少一个驱动爪7作用到转子2的空心圆柱形的环形面6上。定子由上面的定子盘1和下面的定子盘1’组成，该上面的定子盘与固定的定子轴13固定连接并且驱动指形件3的固定的端部4保持在该上面的定子盘中，驱动指形件3’的固定的端部4’保持在该下面的定子盘中。两个定子盘1、1’通过销25彼此刚性地连接。
在本实施形式中，如果驱动指形件3、3’以其自由端5、5’沿驱动方向运动，那么驱动爪7、7’由相应一个压电拱曲盘23、23’压在转子2的内表面6上。压电拱曲盘23、23’在一侧上具有由压电晶体构成的层，所述压电晶体在电压下产生盘拱曲。在此盘23、23’的圆周减小。如果盘23、23’是无电压的，那么它们是水平的并且具有较大的圆周，使得驱动爪7、7’压在转子2上。
在图3中固定的中间盘26设置在上面的与下面的驱动爪7与7’之间，中间盘26支承滑动环27，驱动爪7、7’贴靠到该滑动环上。
在按图4的原理图中，驱动指形件3与驱动爪7共同工作，并且驱动指形件3’以驱动爪7’共同作用。压电拱曲盘23、23’与配属的驱动爪7、7’刚性地且必要时单件式地连接。上面的驱动指形件3的压电拱曲盘23在没有电压的情况下平坦地位于一个平面中，使得驱动爪7由压电拱曲盘23压到转子2的内表面6上。同时下面的驱动指形件3’的压电拱曲盘23’处于电压下，因此该拱曲盘23’拱曲并且其圆周减小并且驱动爪7’与转子2松开。
具有单图a）、b）、c）、d）、f）、g）、h）i）和j）的附图5以总体概括的形式显示按本发明的压电马达的零件。
图5a）是图3的缩小图。
图5b）显示压电马达的剖视图，平行于转子轴线11的且平行于驱动指形件3、3’剖开。
图5c）显示具有驱动爪7的压电拱曲盘23和定子1的连接销25的按图5b）的剖面线B-B的视图。
图5d）显示按图5c）的部件的透视图。
图5e）显示图5b的剖面线A-A的视图，包括下面的定子盘1’、下面的驱动指形件3’和具有止挡8、9的驱动爪7的俯视图，驱动指形件3’自由端5沿纵向能移动地保持在所述止挡之间。
另外还表示了偏转30的大小，该偏转通过驱动指形件3’的弯曲变形实现。
图5f）透视地显示上面的壳体盖21，该壳体盖拧到转子2或齿轮20上。
图5g）透视地显示具有定子轴13的上面的定子盘1。
图5h）透视地显示上面的驱动指形件3，该驱动指形件以其自由端5保持在驱动爪7的止挡8与9之间。
图5i）透视地显示滑动环27、定子连接销25和下面的驱动爪7’。
图5j）透视地显示转子2和具有下面的驱动指形件3’的下面的定子盘1’,该转子具有其空心圆柱形的表面6。
图6显示，驱动指形件3由叠式压电致动器28驱动。叠式压电致动器28能设置在驱动指形件28的一侧上或者设置在驱动指形件3的两侧上，以便驱动指形件3朝一侧弯曲或者要么朝一侧要么朝另一侧弯曲，使得转子2沿顺时针方向或者沿逆时针方向驱动。叠式压电致动器28按已知的方式可以是直的或者为了增大压电致动器盘的数量圆弧形地弯曲，如图7和8显示的那样。
图7显示三个驱动爪7、7’和7”的俯视图，所述驱动爪由与之单件式地连接的压电拱曲盘23保持贴靠到转子2的空心圆柱形的环形面上。在压力下压力拱曲盘23拱曲，因此其圆周减小并且驱动爪7由转子2的空心圆柱形的表面升起。
如尤其由图7显示的那样，在压电拱曲盘23中加工穿孔33用于销25，该销25使得定子1的盘形的部件刚性地彼此连接。穿孔33这样形成，使得拱曲盘23相对于销25能至少摆动偏转30的大小。另外开口33这样形成和设置，使得拱曲盘23在拱曲位置时贴靠到所述三个销上并且相对于转子轴线11定中心。从而确保，驱动爪7、7’由转子2的环形面6升起，如果拱曲盘23的圆周变小的话。
在图1至5中驱动指形件3以其固定的端部4不可旋转地保持在定子1中并且通过驱动指形件3的弯曲实现偏转30。驱动指形件的复位通过其弹性实现。
在图7中，驱动指形件3由叠式致动器29沿驱动方向运动并且由第二叠式致动器29’运动到初始位置。在这种情况中驱动指形件3能绕定子轴线旋转地支承在该驱动指形件的固定的端部4上。驱动指形件3的振动由叠式致动器29、29’产生。
如图8和9显示的那样，如果转子2的环形面6和驱动爪7具有齿部31和32，所述齿部在驱动爪7压紧时彼此啮合，那么按本发明的压电马达能作为微调节马达工作。所述齿部的齿距在此等于驱动指形件3的偏转30。
描述和说明具有转子2的按本发明的压电马达，该转子包围定子1。但是在运动学的换向中定子也可以包围转子或者设置在转子旁并且驱动指形件和驱动爪作用到转子的圆柱形的环形面上。压电马达的实施形式不如描述的和表示的压电马达那么紧凑并且结构上的耗费较大。
附图标记列表
1定子盘
2转子
3驱动指形件
4固定的端部
5自由的端部
6转子2的环形面
7、7’驱动爪
8止挡
9止挡
10压紧的压电致动器
11转子轴线
12轴承、滚动轴承、球轴承
13定子轴
14包围的定子壁
15桥接件
16连接法兰
17压电-晶体层
18
19
20齿轮
21壳体壁
22壳体壁
23压电拱曲盘
24具有止挡8、9的驱动爪7的部件
25连接销
26中间盘
27滑动环
28压电叠式致动器
29压电叠式致动器
30驱动指形件3的偏转
31转子的齿部
32驱动爪的齿部
33穿孔
Claims (16)
1.压电马达，包括定子(1)和转子(2)以及一个或多个驱动指形件,所述驱动指形件包括至少一个由定子(1)保持的且驱动转子(2)的、与至少一个压电元件相互作用的驱动指形件(3)，其特征在于：驱动指形件(3)以其自由端(5)使能压靠在转子(2)的环形面(6)上的第一驱动爪(7)运动，其中驱动指形件(3)的自由端(5)能径向移动地保持在第一驱动爪(7)的两个止挡(8、9)之间并且第一驱动爪(7)在驱动指形件(3)的驱动运动期间被至少一个压电致动器(10)能以驱动指形件(3)的驱动运动的节奏压在转子(2)上并且能与压电致动器(10)一起根据驱动指形件(3)的偏转(30)的大小沿驱动方向绕转子轴线(11)来回偏转。
2.按权利要求1所述的压电马达，其特征在于：驱动指形件(3)的自由端垂直于驱动方向能移动地保持在第一驱动爪(7)的止挡(8、9)之间。
3.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：驱动指形件(3)以其固定的端部(4)非旋转地保持在定子(1)中、能朝至少一侧沿驱动方向弯曲并且由弹性材料构成，该弹性材料用作为复位弹簧。
4.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：驱动指形件(3)在一侧或在两侧用压电晶体涂布。
5.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：驱动指形件(3)是谐振器。
6.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：驱动指形件(3)以其固定的端部(4)能绕转子(2)的轴线(11)枢转地支承并且能由压电叠式致动器(28)沿驱动方向驱动并且能由复位弹簧或者另一压电叠式致动器(29)复位到初始位置。
7.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：第一驱动爪(7)与另一驱动爪(7’)连接，该另一驱动爪设置在第一驱动爪(7)的对置的侧面上并且两个驱动爪(7，7’)能由支承在两个驱动爪(7，7’)上的且在其长度上改变的压电致动器(10)压在转子(2)的环形面(6)上。
8.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：设置与第一驱动爪(7)连接的两个以上驱动爪(7，7’，7”)，所述两个以上驱动爪(7，7’，7”)由圆形的压电拱曲盘(23)压在转子(2)的环形面(6)上。
9.按权利要求8所述的压电马达，其特征在于：压电拱曲盘(23)与所述驱动爪(7，7’，7”)一体式地连接。
10.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：所述驱动指形件包括第二驱动指形件(3’)，所述第二驱动指形件(3’)以相同的频率但错开一半的波长或相位地作用到转子(2)上，其中所述第二驱动指形件(3’)也以其自由端能使压在转子(2)上的第二驱动爪(7’)运动，其中所述第二驱动指形件(3’)的自由端(5’)能径向移动地保持在第二驱动爪(7’)的两个止挡(8、9’)之间并且第二驱动爪(7’)在所述第二驱动指形件(3’)的驱动运动期间能被至少一个压电致动器(10)以所述第二驱动指形件(3’)的驱动运动的节奏压在转子(2)上并且能与压电致动器(10)一起绕转子轴线(11)偏转。
11.按权利要求10所述的压电马达，其特征在于：定子(1)设置在两个驱动指形件(3、3’)之间并且驱动指形件(3、3’)以其固定的端部(4)保持在定子(1)的两个侧面上。
12.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：包括三个驱动指形件和三个驱动爪，所述三个驱动指形件和所述三个驱动爪以相同的频率但是分别错开1/3波长或相位地作用到转子上。
13.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：第一驱动爪(7)具有与转子(2)的空心圆柱形的环形面(6)接触的接触面，该接触面为空心圆柱形的环形面(6)的至少1/8，并且在贴靠时与空心圆柱形的环形面(6)摩擦接触。
14.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：第一驱动爪(7)具有齿部(32)，所述齿部在第一驱动爪(7)压在转子(2)上时与转子(2)的齿部(31)啮合。
15.按权利要求14所述的压电马达，其特征在于：转子(2)的齿部(31)和第一驱动爪(7)的齿部(32)的齿距等于驱动指形件的偏转(30)的大小。
16.按权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于：包括n个驱动指形件和n个驱动爪，所述n个驱动指形件和所述n个驱动爪以相同的频率但是分别错开1/n波长或相位地作用到转子上，n为自然数。
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