CN106796981B - 致动器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种致动器系统，所述致动器系统具有至少四个能电操控的、长度可变的致动器，这些致动器分别通过单独的、具有整体构成的弹性部段的壳体沿致动器的长度变化方向加载压力，其中，每个壳体都与对于所有壳体共同的基础元件一体地构成。本发明还涉及一种具有多个所述致动器系统的(阵列)布置系统。

Description

致动器系统

技术领域

本发明涉及一种致动器系统和一种具有多个这种致动器系统的布置系统。

背景技术

由科技文章“Structure and closed-loop control of a novel compactdeformable mirror for wavefront correction in a high power laser system”，Laser Phys.Lett.10(2013)(045301)(7pp)已知一种致动器系统，这种致动器系统以8x8的阵列具有总共64个PZT(压电陶瓷换能器)致动器，其中，所述致动器系统设定为用于有目的地使激光系统的反射镜变形，以便对激光束的波前像差进行修正。前面所述文章的图1详细示出了致动器布置系统或致动器支架的结构设计，其中，通过弹簧和夹紧螺钉给致动器加载预紧压力。所述预紧压力对于防止相应的致动器受到拉力载荷是必要的，因为致动器的PZT陶瓷在很小的拉力载荷下就可能发生损坏。

对于这种结构不利的是，具有大量单件的复杂构造，所述构造使得装配异常复杂，并且所述致动器系统包括的致动器越多，则这种构造就越复杂。此外，由于必须引导连接导向通过相应致动器下端上的螺纹连接结构，会使得装配变得更难。此外所使用的单件占据较大的空间，从而相应致动器系统的微型化会很快达到极限。特别是由于相应地设置压力弹簧，突出于致动器底面的空间延伸尺寸较大，从而相邻致动器的间距(节距)同样较大。

由DE 10 2006 032 995 A1已知一种具有致动器系统的机电式马达，在所述致动器系统中，压电式的致动器通过弹簧带固定在马达的结构元件上。这里，特别是当致动器系统具有多个致动器和相应数量很大的弹簧带时，在例如通过焊接法进行装配期间，处于高的拉应力作用下的弹簧带的固定是不利的。在致动器的阵列式布置中，致动器设置在前后相继的队列中，对于这种阵列式布置形式，对于相应位于内部的并且在所有侧面由相邻致动器包围的致动器来说，弹簧带的安装非常困难，甚至无法进行。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种致动器系统，所述致动器系统克服了由前面所述的现有技术已知的缺点。本发明的目的特别是，提供一种具有多个致动器的致动器系统，所述致动器系统能简单且快速地制造并且在这种致动器系统中能够利用相邻致动器之间非常小的间距简单地实现微型化。

据此，给出这样一种致动器系统，所述致动器系统具有至少四个能电操控的、长度可变的致动器，特别是压电致动器。每个致动器包括一个单独的、其自己的壳体，从而各个壳体是分开的并且相互隔开间距地存在。这里，术语“壳体”在本发明的范围内是指，不是必须完全地包围或围绕致动器，而是可以至少部分地包围或围绕致动器。

每个壳体都分别设计成与一个共同的基础元件是整体或一体的。“共同的基础元件”这里意味着，所有壳体都与相同的并且对于所有壳体共同的基础元件连接。通过与壳体整体构成的弹性部段，实现了在确定和限定的区域内给致动器加载机械压力，所述压力的作用方向平行于致动器的纵向延伸方向或平行于致动器的长度变化方向。

通过所有壳体与所述共同的基础元件整体或一体的构成连同整体地存在于每个壳体中的弹性部段实现了非常紧凑的并且同时在安装技术上能简单和快速实现的致动器系统，所述致动器系统在相邻的致动器之间具有非常小的间距或节距，因为所述壳体与致动器本身相比只占据略大的空间，所述弹性部段能施加使致动器可靠且持续运行所需的压力。此外，在这种构造中，没有任何螺纹连接结构，设置在致动器上的用于电操控的连接导线或所述连接导线的引导或导通较为简单。致动器本身的装配或壳体安装在根据本发明的致动器系统中同样非常简单和方便。

每个壳体都优选由至少两个相邻的壳体包围，其中，相邻的壳体的设置方向特别优选地基本上相互垂直或者说成90°的角度，在这种情况下“基本上”是指，所述角度可能与90°有很小的偏差，就是说有 +/-5％的偏差。

可以证明有利的是，所述弹性部段通过壳体中的缝隙形成，其中，所述缝隙有利地沿垂直于壳体的纵向延伸方向分布的方向延伸。所述缝隙用于确保壳体部段具有必要的柔性或弹簧效果，其中，通过壳体中的所述缝隙，在其余壳体材料的相应部段中构成固态铰链除了缝隙，也可以设想在壳体上设置其他形式的缺口，这些缺口同样使得这个壳体部段具有弹簧效果。

已经证明有利的是，所述壳体的所述至少一部分具有开口或通孔，能致动器沿其纵向方向、即竖起地装入所述开口或通孔中，优选插入所述开口或通孔中。由此，特别是当所述致动器系统具有多于两排致动器时，实现了致动器系统特别简单的装配。此时可以较为简单地实现位于内部的致动器、即靠近或处于致动器的矩阵式布置形式的中心设置的致动器的装入或插入。

所述开口或通孔这里设计成，使得在装入或定位致动器之前，所述开口或通孔沿纵向方向的延伸尺寸略小于要装入其中的致动器的长度延伸尺寸，其中，开口或通孔横向于纵向方向的延伸尺寸这样来确定，使得在装入开口或通孔中的致动器与壳体或者说基础元件之间存在不等于零的间距。由于开口或通孔的这种设计方案，致动器在装入所述开口或通孔中后在其两个端面侧上被固定地夹紧或被加载以压应力，其中，致动器其余的侧面是自由表面并且不与壳体发生接触或者说设置成与壳体间隔开。

此外可以证明有利的是，至少一个壳体具有接触元件，所述接触元件设定为用于与要通过致动器发生运动或变形的元件直接或间接地接触。

这里可以证明有利的是，接触元件具有保持装置，优选是螺纹形式的保持装置，更为优选地是内螺纹形式的保持装置。由此实现了致动器系统的简单装配，在装配中，为了装入或插入致动器，必须将壳体拉长，因为所述开口或通孔在其纵向延伸尺寸上小于致动器的纵向延伸尺寸。在设有内螺纹时，可以旋入保持件，通过所述保持件能够非常简单地向壳体上施加相应的拉力。

此外，这里可以证明有利的是，所述接触元件具有脱耦部段，所述脱耦部段减小或消除横向于致动器的长度变化方向的力导入。特别是在致动器的材料为压电陶瓷时，横向力也可能易于导致在致动器上发生损坏。

这里，最后可以证明有利的是，接触元件与壳体构造成整体的。由此可以实现致动器系统极为紧凑和易于装配的构造。

本发明涉及还涉及一种布置系统或阵列布置系统，包括多个之前描述的致动器系统，其中相邻的致动器系统至少局部地相互接触。由此可以简单且易于装配地实现一种具有大量紧密并排设置的致动器的布置系统或阵列。相邻的致动器系统优选在基础元件的平坦的表面或侧面上相互接触。

这里可能有利的是，致动器系统分别通过基础元件与基板连接。所述致动器系统特别有利地嵌入或装入基板中，从而只有相应的壳体或壳体的一部分或者只有相应的接触元件突出于基板。

附图说明

在示意性的并且并不符合比例的图示中：

图1示出根据本发明的致动器系统的一个实施形式；

图2示出根据本发明的按图1的致动器系统的布置系统的一个实施形式；

图3示出根据图2的布置系统的另一个视图；

图4示出根据本发明的致动器系统的另一个实施形式；

图5示出根据本发明的按图4的致动器系统的布置系统的一个实施形式；

图6示出根据图5的布置系统的另一个视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的致动器系统1的一种可能的实施形式，该致动器系统按3x3的矩阵布置结构具有总共九个致动器2和相应地具有九个包围致动器的壳体3。这里各壳体3与共同的基础元件4一体或整体地构成。所述基础元件和各壳体这里由金属材料制成。同样可以使用其他材料，例如塑料，特别是强化塑料。

壳体的形状或结构通过腐蚀法实现。这里壳体4具有弹簧效果的部段5设有细长的并且相互平行设置的缝隙或缺口6，其中，所述缝隙或缺口分别横向于壳体的纵向延伸分布。这里，壳体剩余的材料在缝隙的周围区域中构成固态铰链，所述固态铰链确保使相应的壳体部段具有确定的柔性或弹簧效果。同样可以设想采用缺口或沟槽的也能实现壳体部段希望的弹簧效果的其他形式，例如椭圆形或骨形的缺口或沟槽。

每个壳体3都具有一个壳体通孔7，压电式的致动器分别装入所述壳体通孔中。这里，相应的致动器在一侧以其面积最小的、构成一个端面的侧面与壳体的相应内侧或内表面接触，或者说支承在所述内侧或内表面上。另一方面，相同的致动器以其相对置的、面积最小的、同样构成一个端面的另一个侧面与基础元件的相应表面接触，或者说支承在该表面上。致动器的其余侧面都不与壳体或基础元件的表面发生接触，从而致动器的长度变化不会由此受到阻碍。

由于通孔7的纵向延伸尺寸在致动器装入之前比要装入的致动器的纵向延伸尺寸小一个确定的数量，所述致动器在装入通孔之后受到压应力加载，如果给定基础元件和壳体的材料，所述压应力主要受壳体的设计结构的影响。这样，通过引入壳体的缝隙或缺口的特殊位置或者说布置以及形状，以及通过在装入致动器之前通孔7的纵向延伸尺寸与致动器的纵向延伸尺寸之间的差，可以实现处于确定范围内的压应力。

致动器的底面为3x3mm²，而壳体的底面为5x5mm²。相邻的壳体之间的间距为0.5mm。前面所述的尺寸或距离可以改变并且特别是能够进一步减小，以便实现致动器系统的微型化。这种微型化的极限仅由致动器或其横截面的下限尺寸来决定。

在每个壳体中，在其自由端上都设有接触元件8，所述接触元件与壳体3构造成一体的或整体的。但也可以使接触元件材料锁合地，例如通过粘合、钎焊或熔焊与壳体连接。每个接触元件都具有方体形状，这里同样也可以设想采用其他形状，例如销状或伞状。

在这样设置接触元件时，在各壳体通孔中安装单个致动器之后，例如可以简单地通过平面研磨工艺消除各接触元件之间的高度差。

每个接触元件8都设有内螺纹形式的保持装置9，借助于所述内螺纹能以简单的方式向相应的壳体施加拉力。这例如可以通过向保持装置中旋入一个具有相应外螺纹的元件，例如旋入钩状件来实现，其中，通过向钩状件上施加拉力而将所述拉力传递到壳体上。通过向具有其弹性和弹簧式的部段5的壳体上作用拉力，会出现壳体或者说相应通孔7的长度变化或者说长度增加，从而纵向延伸尺寸大于相应通孔的相应纵向延伸尺寸的相应致动器能够容易地装入或插入所述通孔。通过接下来卸载拉力，由于弹性部段5的弹簧式或者说弹性的作用，壳体倾向于占据其在施加拉力之前的原始尺寸。但由于现在致动器已装入通孔，无法实现返回原始尺寸。由于现在壳体利用其弹性部段所实现的拉长，结果是通过包围致动器的壳体沿致动器的纵向延伸方向向致动器施加压力。

在图1中示出的3x3模块可以由于其平坦的侧面简单地用其他致动器系统扩展，所述其他致动器系统只需附加安装到现有的模块上。图2示出相应的(阵列)布置系统10，这个布置系统具有总共16个根据图1的致动器系统1。这里各个致动器系统分别在基础元件的区域内相互对接或接触。每个致动器系统都与基板11螺纹连接。

图3示出图2的(阵列)布置系统从下面观察的视图，从而这里也可以看到基板11的下侧。所述基板设有大量通过孔13，通过所述通过孔，一方面通过螺钉将致动器系统与基板连接，并且另一方面，与致动器连接并用于操控致动器的电导线12被引导通过所述通过孔。

图4示出根据本发明的致动器系统的另一个可能的实施形式。这个实施形式与在图1中示出的致动器系统的区别主要在于，这里各致动器2或包围致动器的各壳体3彼此间存在另一种布置形式，并且所有壳体3与其一体或整体构成的共同的基础元件4这里具有另一种几何形状。具体而言，该致动器系统具有两排致动器，每排分别有12 个致动器，就是说，这是一种12x2模块。包围致动器的壳体的结构与根据图1的致动器系统的壳体相同，并且已经在上面给出了详细说明。基础元件4的形状首先归因于致动器的12x2的布置形式，并且因此具有伸长的形状。基础元件在每个远端部段上具有凸台或台阶，从而得到一个固定部段14，通过所述固定部段能将致动器系统固定在基板上。为此，固定部段具有用于容纳螺钉的通过孔。

图5示出一个(阵列)布置系统，其中，在基板11中嵌入总共6 个根据图4的12x2模块，从而在基板的上侧上基本上只有接触元件8 露出或者说突出于通过基板的上侧形成的平面。致动器系统在其基础元件的长侧面上相互接触并且能够从下面借助于螺钉通过固定部段 14与基板连接或旋紧。这参考图6 可以看到，图6 以从下面观察、即观察基板下侧的视图示出根据图5的阵列布置系统。

与根据图2和3的(阵列)布置系统不同，这里基板不具有通过孔，而是相应的致动器系统或其基础元件具有通过孔。但这里，这些通过孔仅用于引导通向致动器的电导线。

Claims (15)

1.致动器系统(1)，具有至少四个能电操控的、长度可变的致动器(2)，这些致动器分别通过单独的、具有整体构成的弹性部段(5)的壳体(3)沿致动器的长度变化方向加载压力，其中，每个壳体(3)都与对于所有壳体共同的基础元件(4)一体地构成。

2.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，每个壳体(3)都由至少两个相邻的壳体(3)包围。

3.根据权利要求1或2所述的致动器系统，其特征在于，所述弹性部段通过壳体(3)中的缝隙(6)形成。

4.根据权利要求1或2所述的致动器系统，其特征在于，壳体的至少一部分具有开口或通孔(7)，致动器能沿其纵向方向装入所述开口或通孔中。

5.根据权利要求4所述的致动器系统，其特征在于，致动器能沿其纵向方向插入所述开口或通孔中。

6.根据权利要求1或2所述的致动器系统，其特征在于，至少一个壳体(3)具有接触元件(8)，所述接触元件设定为用于与要通过致动器发生运动或变形的元件接触。

7.根据权利要求6所述的致动器系统，其特征在于，所述接触元件具有保持装置(9)。

8.根据权利要求7所述的致动器系统，其特征在于，所述保持装置是螺纹的形式。

9.根据权利要求8所述的致动器系统，其特征在于，所述保持装置是内螺纹的形式。

10.根据权利要求6所述的致动器系统，其特征在于，所述接触元件具有脱耦部段，所述脱耦部段减少或消除横向于致动器的长度变化方向的力导入。

11.根据权利要求6所述的致动器系统，其特征在于，所述接触元件与壳体整体地构成。

12.具有多个根据权利要求1至11之一所述的致动器系统(1)的布置系统(10)，其特征在于，相邻的致动器系统至少局部地接触。

13.根据权利要求12所述的布置系统，其特征在于，相邻的致动器系统在相应的基础元件的区域内接触。

14.根据权利要求12或13所述的布置系统，其特征在于，各致动器系统分别通过基础元件与基板(11)连接。

15.根据权利要求14所述的布置系统，其特征在于，各致动器系统装入基板(11)中，使得只有壳体或接触元件突出于基板。