CN103843242A - 超声波电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波电机(1)，其具有支架(2)和设置于支架中的板状超声波致动器(3)，超声波致动器具有两个相对的主表面(4)和至少四个将主表面彼此相连的侧表面(5)，以及要被驱动的元件(6)，其中超声波致动器(3)被压抵在要被驱动的元件(6)上，且支架(2)包括支撑超声波致动器(3)的第一支架(7)，和第二支架(8)，第一支架(7)由支承元件(9)支撑和导向在第二支架中，且通过第二支架(8)将支承元件(9)弹性压靠在第一支架(7)上。根据本发明，经支承元件(9)将第一支架(7)压抵在超声波致动器(3)的主表面(4)上，从而防止或减少超声波致动器(3)在垂直于主表面(4)的方向上的移动。

Description

超声波电机

技术领域

本发明涉及一种超声波电机，其具有设置在夹持装置中的超声波致动器以及要通过超声波致动器驱动的元件。

背景技术

DE19648726A1提供了一种压电驱动元件，其中在振荡器夹持装置中保持有陶瓷压电振荡器，并且振荡器夹持装置本身安装成使其可在外壳内的导轨上移动。振荡器被压靠在要通过弹簧进行驱动的元件上，采用这种构造从而使振荡器能在被驱动元件的方向上移动，但要尽量防止在与该方向垂直的方向上的移动。在这种情况下，导轨使振荡器和振荡器夹持装置在被驱动元件的方向（x-方向）上几乎能完全自由地移动，但它们会防止其在外壳的方向（y-方向）和与其垂直的方向（z-方向）上发生不需要的移动。设置于外壳一侧的对齐或调整螺钉旨在协助进行复杂导向结构的调整。

调整操作也需要大量的时间和经验，这是因为对调整螺钉进行不正确或不准确的定位会使外壳弯曲变形，这反过来又对振荡器和振荡器夹持装置在x-方向上的可移动性产生了负面影响。如果外壳弯曲变形，导轨的位置也会相应地移动，且实际上不可能使振荡器夹持装置在导轨内进行平稳的移动。然而，使振荡器夹持装置进行平稳的移动是超声波电机正常工作所必需的。

与DE19648726A1相关联的另一个缺点是在制造阶段需要相当大的努力才能有效地防止振荡器夹持装置在z-方向上的移动且从而防止振荡器在z-方向上的移动。只有导向结构具有相应严格的尺寸公差时，才能确保有效地防止在z-方向上的移动。在另一方面，考虑到公差是如此严格，因此即使外壳最轻微的变形及所导致的导轨位置的变化也将阻碍在x-方向上的移动。

上述内容旨在说明用对齐或调整螺钉进行的调整在DE19648726A1的情况下颇为重要，且相应地为费时的及昂贵的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有用于超声波致动器的夹持装置的超声波电机，其克服了之前提及的及在本技术领域中已知的缺点，其中，特别地，其可简单、经济地向夹持装置并随之向超声波致动器提供精确和可靠的导向。

这通过独立权利要求的特征而实现。优选实施例为从属权利要求的主题。

本发明的基本思路为，一种超声波电机，其具有设置在夹持装置中并被夹持在其中的板状超声波致动器，该超声波致动器具有两个相对的主表面和至少四个将主表面彼此相连的侧表面，以及要通过超声波致动器驱动的元件，其中超声波致动器被压靠在要被驱动的元件上，且夹持装置包括支撑超声波致动器的第一支架和第二支架，第一支架在第二支架中由支承元件所支撑和导向，且通过第二支架将支承元件弹性压靠在第一支架上。在该布置中，经支承元件将第一支架压靠在超声波致动器的主表面上，从而防止或减少超声波致动器在垂直于主表面的方向上的移动。主表面为超声波致动器上具有最大表面积的表面。

经第二支架将支承元件弹性压靠在第一支架上并因此将第一支架压靠在超声波致动器的主表面上，其优点是，其体现了一种非常容易实现的方法，用于防止或至少减少超声波致动器在所讨论的方向上，即与元件被按压的方向相对的方向上的不需要的移动。对于精确和可靠的导向来说，如果通过将支承元件压靠在主表面上而产生的偏压是对称的，则是特别有益。弹性按压支承元件也能补偿关于第一和/或第二支架的任何尺寸公差。将支承元件压靠在该超声波致动器的主表面上的另一个优点为，可使用比侧表面大得多的支承元件的尺寸进行支撑和导向，从而对支承元件的数量、布置和几何形状设置的限制相对宽松。这也更易于使用支承元件以防止第一支架和超声波致动器在垂直于支承元件按压方向的方向上的不需要的移动。因此，本发明提供了一种简单的解决方案，其可在被驱动元件的方向上对超声波致动器进行精确的导向，并同时有效地防止超声波致动器在垂直于上述方向的两个方向上的不需要的移动，从而不再需要对支撑超声波致动器的支架进行昂贵和费时的导向调整，这是因为随着第一和第二支架在组装超声波电机时通过设置并压缩在其之间的支承元件结合在一起，已能够进行精确的导向。

支承元件具有细长的形状，优选为销形可能是有利的。细长的支承元件可用于沿或在支承元件的方向上以特别简单的方式创建滑动导向。此外，例如，用于这种滑动导向的销形支承元件可相对简单地由塑料所制成。然而，也可以设想使用球形支承元件来创建辊导向。

支承元件被容纳在第一支架的凹槽以及第二支架中与第一支架中的凹槽相应的凹槽中可能也是有利的。这向支承元件本身提供了简单的支承布置。

在这种情况下，第一支架的凹槽具有大致为V形的横截面可能是有利的。这便于对支承元件进行精确的对齐。此外，安装在其中的支承元件的尺寸和直径公差可通过V形凹槽进行补偿。

第二支架的凹槽中的至少一个具有大致为矩形的横截面也可能是有利的。这样，也可能补偿关于第一支架中凹槽的可能的位置公差。

第一支架具有将超声波致动器支撑在上面的单点支承点可能是有用的。单点支承点为球截形则可能特别地有用。单点支撑向夹持装置中的超声波致动器提供了限定的特定支承。在第一支架上提供单点支承点也允许相对于超声波致动器和/或第一支架具有更大的尺寸公差。

第一支架包括至少两个部分也可以是有用的，其中第一支架的至少两个部分具有相同的构造可能是有利的。如果第一支架由两个或多个部分所构成，则在组装过程中特别容易将超声波致动器放置和安装在其中，这是因为可从外部将各部分附至超声波致动器并随后进行组装。如果第一支架的部分具有相同的构造，则可特别以低成本进行制造。此外，当第一支架的部分具有相同的形状时，也可更容易地对其进行组装，这是因为它们不能进行错误的组装。

第一支架的至少两个部分由弹簧元件，优选为板簧而保持在一起可能是有利的。这允许以特别简单的方式将第一支架的部分结合起来，从而同时将超声波致动器夹持并保持在适当位置。

第二支架具有至少两个部分也可能是有利的。这便于组装超声波电机，其中第一支架被插入第二支架中。

第二支架包括至少一个弹簧部也可能是有利的，其中通过该弹簧部在朝着主表面的方向上将弹性压力从支承元件传输至第一支架。弹簧部使源自支承元件的压力可特别容易地进行传输。在一个优选实施例中，弹簧部的至少一部分或区域的形状与要被接触的支承元件的外周几何形状相匹配，从而确保优化支承元件的支承和保持。

在这种情况下，弹簧部与第二支架为一体构造的则可能是有利的。弹簧部与第二支架的一体构造给生产和组装提供了优势。

进一步地，第二支架具有两个弹簧部，第二支架具有两个部分，每个部分具有两个凹槽且第一支架具有两个部分，每个部分具有两个凹槽，从而在组装状态中，凹槽和匹配的凹槽相组合以构成四个腔体，且支承元件被插入腔体中的情况则可能是有利的。因此，提供了一种非常简单和有效的方法以向支撑超声波致动器的支架和超声波致动器本身产生导向。

至少一个弹簧组件设置于第一支架和第二支架之间并作用在第一支架上，且朝着要通过超声波致动器驱动的元件的方向上将第一支架和超声波致动器一同按压则可能是有利的。这能够可靠地将超声波致动器压靠在被驱动的元件上且因此对超声波电机进行可靠的操作。

本发明前面所列的有利的改进的组合和/或前面所述的有利的改进的各部分的组合也是可以想象的。

附图说明

在以图解说明为形式的附图中不一定要按比例进行绘制：

图1为超声波电机的夹持装置的一个实施例的分解图；

图2为具有图1所示的夹持装置的超声波电机的图示；

图3为图1所示的夹持装置的平面图；

图4为图1所示的夹持装置的细节图；

图5为图1所示夹持装置的进一步细节的图示。

具体实施方式

图1为用于根据本发明的超声波电机的夹持装置的一个实施例的分解图。在这里未示出超声波电机的被驱动的元件。支架2包括第一支架7和第二支架8。第一支架7由塑料制成且包括两个具有相同L-形几何形状的部分7’和7’’，而第二支架由机加工铝所制成且包括两个具有不同形状的部分8’和8’’。

具有两个主表面4和四个侧表面5的压电超声波致动器3被夹持在第一支架7中，并被支撑在与第一支架7形成一体的金字塔形的支承点12上。金字塔形的支承点12被设置成使得超声波致动器的阻尼最小化。

由耐磨的陶瓷材料所制成的摩擦元件16设置于自由侧表面5上，从而确保与要被驱动的元件的接触。通过材料封闭，例如粘接而将摩擦元件16固定在超声波致动器3上。

第一支架的两个部分7’和7’’由弹簧元件13而保持在一起，其中弹簧元件13在各种情况下卡合于设置在两个部分7’和7’’的凹槽或凹沟中而钩在两个部分7’和7’’的后面。同时，弹簧元件13可确保支承点12保持接触并被压靠在超声波致动器3上。这样，在第一支架7中超声波致动器3的不可能移动或没有移动的倾向。

第一支架7的两个部分7’和7’’均具有两个凹槽10，其为V形或槽形。将摩擦性能优化的塑料所制成的销形支承元件9插入凹槽10中作为滑动元件，然而滑动元件9并未被完全插入凹槽10中，且该元件的一部分在第一支架7的表面上方突出。滑动元件9的突出部分被容纳在第二支架8中作为凹槽10对应物而设置的凹槽11中。在这种情况下，部分8’具有两个凹槽11，其中的一个具有V形横截面且另一个具有矩形横截面。

大致为薄板或片的部分8’’也具有两个凹槽11，但这些是连续的，从而在部分8’’中形成相应的开口，该开口由与部分8’’一体成形的弹簧部14所界定。该弹簧部14作用于经凹槽11形成的开口突出的滑动元件9，并将它们按压至第一支架7中的凹槽10中。在这种情况下，部分8’’的弹簧部14具有与滑动元件9的圆周几何形状相符或互补的形状则是有利的，从而可确保滑动元件9被弹簧部14部分地环绕或位于其区域中。

通过直接接触而由弹簧部14施加在滑动元件9上的力使相应地相对设置的滑动元件9被夹持在第一支架7的凹槽10和第二支架8的凹槽11之间。

由于第二支架8的部分8’的凹槽11具有矩形的横截面几何形状且其宽度大于滑动元件9的直径，因此可补偿第一支架7中关于凹槽10的位置公差。

螺旋弹簧形式的两个弹簧组件15设置于第一支架7和第二支架8之间，抵住第二支架8并作用于第一支架7上，从而使其在被驱动元件的方向上按压第一支架7，以及设置于其中的超声波致动器3。螺旋弹簧从弹簧元件13中的相应开口突出。

滑动元件9本身无法在其纵向上进行相对移动。只有第一支架7沿滑动元件9的导向移动是可能的，而垂直于该方向的移动则可被有效地防止或减少，这是因为第一支架7在相应的方向上抵住了滑动元件9。因此，第一支架7以及被固定地夹持在该支架中的超声波致动器3仅能在自由侧表面5的方向以及要被驱动的元件的方向上进行移动。

由于第一支架7沿设置于第一支架7和第二支架8之间的滑动元件9滑动，因此构造方法或用于制造支架8的材料对于摩擦特性，并因此对于电机性能来说是不重要的。例如，容易想到第二支架8也可通过塑料的注射成型而制得。电机性能在很大程度上取决于将超声波致动器压靠在被驱动元件上的力是否恒定。恒定的压力反过来又取决于第一支架7和滑动元件9中所使用的材料的摩擦和滑动特性。为了实现最佳的摩擦和滑动特性，材料的适当组合是必要的。对于摩擦和滑动特性来说，并因此对于超声波致动器3均匀且恒定地抵压住要被驱动的元件上来说，只有第一支架7和滑动元件9的材料组合是有意义的。鉴于此，就第二支架8的制造材料而言，对第二支架8进行相应的优化是件很简单的事。

图2示出了具有图1所示的夹持装置2的根据本发明的超声波电机的一个实施例。被驱动元件6具有矩形的横截面几何形状并由耐磨的陶瓷材料所制成。也可使用其他高耐磨材料以实现该目的。被驱动元件6也可采用多层构造并具有用于与超声波致动器3的摩擦元件16相接触的耐磨表面涂层。

图3为图1所示的夹持装置的平面图。在这里，可以更清楚地看到在组装状态中夹持装置2的各部分的布置。被支撑在单点支承点12上的超声波致动器3被牢固地夹持在第一支架7的两个部分7’和7’’之间。第一支架7和第二支架8互相抵住，这是因为第二支架8的部分8’’的弹簧部14作用在与其接触的滑动元件9上。相应地，该完全对称的构造导致对称且限定的张紧条件。通过张紧将滑动元件9固定在其位置上，且滑动元件的细长形状与凹槽10和切口部分11的相应几何形状相结合，以确保在组装夹持装置2的所有部件时自动实现第一支架7和第二支架8之间所需的对齐，并且不会受到尺寸、位置或组装公差的很大影响。经通过弹簧部14在超声波致动器的主表面的方向上的张力，也可补偿超声波致动器3通常存在的厚度公差。

图4示出了根据本发明的超声波电机的夹持装置2的一部分，其特别清楚地示出了弹簧元件13和弹簧组件15的布置。弹簧元件13在第一支架7后穿过且大致为U形，且弹簧元件的两个腿部卡合在第一支架7的相应的沟槽中。在弹簧元件13中设置有两个开口，弹簧组件15通过该开口突出，其中该组件与第一支架7相齐平接触。弹簧组件15被支撑在第二支架8的另一端上，这在图4中未示出。

图5示出了根据本发明的超声波电机的夹持装置2的一个部分。在这种情况下槽第二支架的部分8’具有脊部17，其卡合于第一支架的部分7’的相应凹或凹沟中。尽管未在图5中示出，另一脊部以完全相同的方式位于相对侧上且也与第一支架的部分7’相卡合。这有效地确保第一支架7以及被牢固地夹持在第一支架7中的超声波致动器3不会掉出第二支架8。

在上述实施例中，滑动元件被用作支承元件9以确保滑动导向，但是现有技术已知的任何其他种类的导向元件也可用于滑动或滚动导向。

根据本发明的超声波电机的特征在于，可非常容易地对其进行组装，且无需对超声波电机的导向进行复杂的调整和设置。该导向提供了用于补偿尺寸、位置和安装公差并同时实现高度稳定且可靠的电机性能的一种简单的解决方案。

Claims (15)

1.一种超声波电机（1），包括夹持装置（2）和设置于所述夹持装置（2）中的板状超声波致动器（3），所述超声波致动器具有两个相对的主表面（4）和至少四个将所述主表面彼此相连的侧表面（5），以及要被驱动的元件（6），其中所述超声波致动器（3）压抵在所述要被驱动的元件（6）上，所述夹持装置（2）包括支撑所述超声波致动器（3）的第一支架（7），以及第二支架（8），所述第一支架（7）在所述第二支架（8）中被支承元件（9）支撑和引导，通过所述第二支架（8）将所述支承元件（9）弹性压抵在所述第一支架（7）上，所述超声波电机（1）特征在于经所述支承元件（9）将所述第一支架（7）压抵在所述超声波致动器（3）的所述主表面（4）上，从而防止或减少所述超声波致动器（3）在垂直于所述主表面（4）的方向上的移动。

2.根据权利要求1所述的超声波电机，其特征在于，所述支承元件（9）具有细长的形状，优选为销形。

3.根据前述权利要求中任一项所述的超声波电机，其特征在于，所述支承元件（9）被容纳在所述第一支架（7）的凹槽（10）以及所述第二支架（8）中设置为所述第一支架（7）的所述凹槽（10）对应物的切口部分（11）中。

4.根据权利要求3所述的超声波电机，其特征在于，所述第一支架（7）的所述凹槽（10）具有大致为V形的横截面。

5.根据权利要求3或4所述的超声波电机，其特征在于，所述第二支架（8）的所述切口部分（11）中的至少一个具有大致为矩形的横截面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的超声波电机，其特征在于，所述第一支架（7）包括将所述超声波致动器（3）支撑在上面的多个单点支承点（12）。

7.根据权利要求6所述的超声波电机，其特征在于，所述单点支承点（12）为球截形。

8.根据前述权利要求中任一项所述的超声波电机，其特征在于，所述第一支架（7）包括至少两个部分（7’，7’’）。

9.根据权利要求8所述的超声波电机，其特征在于，所述第一支架（7）的所述至少两个部分（7’，7’’）具有相同的构造。

10.根据权利要求8或9所述的超声波电机，其特征在于，所述第一支架（7）的所述至少两个部分（7’，7’’）由弹簧元件（13），优选为板簧而保持在一起。

11.根据前述权利要求中任一项所述的超声波电机，其特征在于，所述第二支架（8）包括至少两个部分（8’，8’’）。

12.根据前述权利要求中任一项所述的超声波电机，其特征在于，所述第二支架（8）包括至少一个弹簧部（14），通过所述弹簧部在向着所述主表面（4）的方向上产生将所述支承元件（9）压抵在所述第一支架（7）上的弹性按压。

13.根据权利要求12所述的超声波电机，其特征在于，所述弹簧部（14）是与所述第二支架（8）一体成形的。

14.根据权利要求13所述的超声波电机，其特征在于，所述第二支架（8）具有两个弹簧部（14），所述第二支架（8）包括两个部分（8’，8’’），其中每一个部分（8’，，8’’）均具有两个切口部分（11），且所述第一支架（7）包括两个部分（7’，7’’），其中每一个部分（7’，7’’）均具有两个凹槽（10），从而在组装状态中，通过所述凹槽（10）和与其相关联的所述切口部分（11）构成四个腔体，且所述支承元件（9）被插入所述腔体中。

15.根据前述权利要求中任一项所述的超声波电机，其特征在于，在所述第一支架（7）和所述第二支架（8）之间设置至少一个弹簧组件（15），且所述弹簧组件被卡合在所述第一支架（7），并且将所述第一支架连同所述超声波致动器（3）一起朝要通过所述超声波致动器（3）驱动的所述元件（4）的方向上按压。

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