CN111837328A - 行程更长的线性压电马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性压电马达，其包括：‑具有细长形状的无源元件(20)，以及‑压电致动器，所述压电致动器包括谐振器(30)，所述谐振器(30)包括一对臂(31，32)，该对臂的其中一端在连接区(33)处互连，另外两端(310，320)被称为自由端，所述无源元件(20)设计成通过自由端(310，320)与所述无源元件(20)的摩擦而被线性移位，其中所述无源元件(20)和所述谐振器(30)相对于彼此以小于90度的非零角度(α)倾斜；或者，每个臂(31′，32′)均包括主分支(311′，321′)，所述主分支被连接器区域(312′，322′)连接到自由端(310′，320′)，所述连接器区域(312′，322′)设置成使自由端(310′，320′)所处的层级不同于所述主分支(31，32)所处的层级。

Description

行程更长的线性压电马达

技术领域

本发明涉及线性压电马达的技术领域。

背景技术

线性压电马达通常包括无源元件(passive element)和致动器，该致动器允许通过利用压电效应来线性移动无源元件。参考图1，以下这样的线性压电马达10特别是已知的：其中，无源元件是细长元件20(例如具有矩形横截面的杆)，并且压电致动器包括谐振器30，该谐振器30由在连接区33处彼此连接的一对臂31、32形成，基本呈音叉或U形的形状。致动器还包括两个压电元件(未示出)，每个压电元件附接到臂31、32中的一个上，并用作激励这些臂以在其上施加振动的装置。此外，无源元件20以基本平行的方式在谐振器30的臂31、32之间延伸，其轴向引导由位于距谐振器一定距离处的引导装置50确保。无源元件20还与谐振器30的臂31、32的自由端310、320局部接触，以便无源元件20通过臂31、32的自由端310、320在接触区域上的摩擦而被轴向移动。因此，无源元件20在自由端310、320之间移动。

在减小压电马达的体积很重要的应用中，特别是在钟表领域，谐振器30的臂31、32必须具有短的长度，这限制了无源元件20的最大线性行程。无源元件20在连接区33的方向上的轴向平移受限于充当止动件的所述连接区33的存在，并且无源元件20在另一个方向上的轴向移动受限于臂31、32的长度。这种受限的行程在某些情况下是有问题的，特别是如果无源元件20例如通过约束系统(trammel system)70与轮60啮合，因为轮60的旋转因此受到限制。例如，如果无源元件20的行程被限于大约1毫米，那么轮60的直径必须至多大约0.3毫米，以便所述轮60能够在行程期间执行完整的旋转。这个尺寸太小，在技术上不可行。

为了使小齿轮在技术上可行，无源元件的线性行程至少为3毫米是必要的：在这种行程的情况下，小齿轮的直径必须约为1毫米以执行一次完整的旋转。

发明内容

因此，本发明的目标是增大无源元件的最大线性行程。

为此，根据第一方面，本发明涉及一种线性压电马达，其包括:

-具有细长形状的无源元件，

-压电致动器，该压电致动器包括谐振器，该谐振器包括一对臂，该对臂的其中一端在连接区处连接，另两端称为自由端，

所述无源元件和谐振器相对于彼此倾斜小于90度的非零角度，所述无源元件能够通过所述自由端与所述无源元件的摩擦在所述自由端之间被线性移动。

通过使无源元件相对于谐振器倾斜，可以避免无源元件的轴向运动被臂之间的连接部分阻挡。自然，倾斜角度必须足够大，以避免无源元件被谐振器的这些臂的交叉区域阻挡。

在一个优选实施例中，倾斜角度在5度和25度之间。

较小的倾斜角度是优选的，因为角度越大，总体积越小，并且无源元件和谐振器之间的界面处的性能损失越大。

根据第二方面，本发明涉及一种线性压电马达，其包括:

-具有细长形状的无源元件，

-压电致动器，所述压电致动器包括谐振器，该谐振器包括一对臂，该对臂的其中一端在连接区处连接，另两端被称为自由端，所述无源元件能够通过所述自由端与所述无源元件的摩擦在所述自由端之间被线性移动，

每个臂包括被连接器区域连接于自由端的主分支，连接器区域布置成使自由端处于与主分支的层级不同的层级。

因此，谐振器主要在两个层级上：在第一层级是主分支，在第二层级是自由端，并且连接器区域用于连接两个层级。因此，无源元件相对于主分支是抬高的，从而减少或甚至消除了(根据赋予无源元件的倾斜度)无源元件被阻挡在臂的连接区上的风险。

在一个实施例中，无源元件基本平行于主分支延伸。

此实施例相对于本发明的第一方面的有利之处在于：由于自由端和无源元件之间没有倾斜，因此无源元件和谐振器之间的界面处的性能损失较低。

本发明还涉及一种包括如上详细描述的压电马达的钟表。

在一个非限制性实施例中，该钟表包括与无源元件的齿部啮合的小齿轮，该小齿轮被限制成与钟表的指针一起旋转。

附图说明

参考附图，从下面给出的描述中，其它特征和优点将变得清楚，这些描述是为了提供信息而决不是为了限制，其中：

-图1已经描述，其示意性示出了根据现有技术的线性压电马达，

-图2示意性示出了根据本发明第一实施例的线性压电马达，

-图3示意性示出了根据本发明第二实施例的线性压电马达，

-图4示意性示出了图3的压电马达的压电致动器。

具体实施方式

图2示出了用于使轮60旋转的装置100，所述装置包括根据本发明第一实施例的压电马达，图3示出了用于使所述轮60旋转的装置101，所述装置101包括根据本发明第二实施例的压电马达。在这两种情况下，压电马达均包括具有细长形状的无源元件20和压电致动器，该压电致动器通过利用压电效应而允许使无源元件20平移(也就是说，线性地/轴向地移动)。应当指出，无源元件20在图2和图3中示出为圆柱形，但是它完全可以具有另一种轮廓(例如矩形)。旋转装置100、101还包括用于轴向引导无源元件20的装置50，从而允许在无源元件20平移期间保持无源元件20的取向。导向装置50设置在距压电致动器一定距离处。例如，这些导向装置50是轨道。此外，旋转装置100、101包括设置在无源元件20的一端并与轮60的齿部啮合的齿部70。当无源元件20沿第一运动方向T1平移时，可以通过齿部70实现轮60沿第一旋转方向R1的旋转。当无源元件20沿与第一运动方向T1相反的第二运动方向T2平移时，可以通过齿部70实现轮60沿与第一旋转方向R1相反的第二旋转方向R2的旋转。

在图2所示的第一实施例中，压电致动器包括压电激励装置(未示出)和谐振器30，谐振器30包括能够振荡的两个臂31、32。激励装置有利地包括两个部件，每个部件附接到不同的臂上。然而，激励装置的其他实施例也是可能的，它们例如可以由设置在臂之间的接合处的单个部件组成。在将适配的电压施加到激励装置的过程中，激励装置发生变形，并且机械应力被传递到臂31、32，从而臂31、32开始振荡。通过适当的设计和激励装置在臂上的安装，可以实现具有期望形状的多维振荡。

臂31、32在连接区33处连接，并且从所述连接区33基本上彼此平行地延伸。因此，谐振器30大致具有音叉的形状，也就是说，U形形状。然而，这种形状不是限制性的。这些臂的未在连接区33处连接的端部被称为自由端310、320。臂31、32的振荡幅度在这些端部310、320处最大。无源元件20在所述臂31、32的自由端310、320之间通过。因此，通过所述端部310、320对无源元件20的摩擦，臂31、32的自由端310、320的多维振荡允许将轴向平移施加到无源元件20上。因此，无源元件20能够在自由端310、320之间被线性移动。

然而，无源元件没有平行于臂31、32延伸。无源元件20的轴线相对于包括臂31、32的轴线的平面以小于90度的非零倾斜角度α延伸。该角度越大，压电马达的体积越大，并且谐振器/无源元件的界面处的性能损失越大。因此，限制倾斜角度α是很重要的。然而，倾斜角度α必须足够大，也就是说，谐振器30必须相对于无源元件20足够倾斜，以便无源元件20的行程不受连接区33的阻碍。

在图3所示的第二实施例中，压电致动器包括形状不同于第一实施例的谐振器30的谐振器30′。谐振器30′包括两个臂31′、32′。所述臂31′、32′在连接区33′处连接。每个臂31′、32′包括主分支311′、321′、自由端310′、320′，以及允许连接主分支311′、321′与自由端310′、320′的连接器区域312′、322′。

主分支311′、321′从所述连接区33′基本上彼此平行地延伸。连接区33′和两个主分支311′、321′在同一层级上，也就是说，连接区33′的轴线和两个主分支311′、321′的轴线包含在同一平面内。

相反地，自由端310′、320′在一个不同的层级上延伸，并且，包含自由端310′、320′的轴线的平面平行于上一段落中提到的主分支311′、321′的平面。在图3所示的实施例中，连接器区域312′、322′均包括正交于主分支311′、321′延伸的部分，以使自由端310′、320′所处的层面不同于主分支311′、321′的层面。然而，连接器区域312′、322′实际上可以具有其它形状，重要的是谐振器包括两个层级。

对于自由端310′、320′，其中一个在另一个的方向上延伸并且彼此面对，并且无源元件20平行于主分支311′、321′在所述自由端310′、320′之间通过。该压电致动器包括未示出的压电激励装置。激励装置有利地由两个部件组成，每个部件附接到自由端310′、320′中的一个。在向激励装置施加适配电压的过程中，激励装置发生变形，并且机械应力被传递到自由端310′、320′，从而自由端开始振荡。通过适当的设计和在臂上安装激励装置，可以实现具有期望形状的多维振荡。通过所述端部310′、320′对无源元件20的摩擦，臂31′、32′的自由端310′、320′的多维振荡允许在无源元件20上施加轴向平移。因此，无源元件20能够在自由端310′、320′之间被线性移动。

这种具有两个层级的谐振器可以避免无源元件20的行程被连接区33阻碍。应指出，在第二实施例中，无源元件20不是必须平行于主分支311′、321′延伸，它可以相对于包含主分支311′、321′的轴线的平面稍微倾斜。然而，谐振器/无源元件的界面处的性能因此会较低。此外，如果倾斜度太大，则无源元件20可能被阻挡在连接区33′中。

应指出，第二实施例相对于第一实施例的一个优点在于，谐振器/无源元件的界面处的性能损失较小，因为自由端没有相对于无源元件倾斜。然而，第一实施例的谐振器的制造比第二实施例的谐振器的制造更简单。

根据本发明的其中一个实施例的旋转装置100、101绝对可以集成到腕表类型的钟表中，特别是包括与轮60同轴并被约束成与轮60一起旋转的指针40的钟表。然而，根据本发明的其中一个实施例的旋转装置可以不用于驱动指针，而是用于驱动盘(例如日期盘或月相盘)、轮或环进行旋转。

应当理解，本发明还涉及一种用于致动前一段落中所述的钟表的指针(或盘、轮、环等)的方法，该方法包括以下步骤：

-使压电马达的无源元件在第一方向上平移，从而引起小齿轮和因而指针的完全旋转，

-使无源元件在与第一方向相反的第二方向上以足够快的速度平移，以便无源元件的运动不会被眼睛检测到。

应当理解，对于上文公开的本发明的各种实施例，可以提供本领域技术人员显而易见的各种修改和/或改进和/或组合，而不会超出由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (6)

1.一种线性压电马达，其包括：

-具有细长形状的无源元件(20)，

-压电致动器，所述压电致动器包括谐振器(30)，所述谐振器(30)包括一对臂(31，32)，该对臂的其中一端在连接区(33)处连接，另外两端(310，320)被称为自由端，所述无源元件(20)能够通过所述自由端(310，320)与所述无源元件(20)的摩擦而在所述自由端(310，320)之间被线性移动，

所述无源元件(20)和所述谐振器(30)相对于彼此倾斜小于90度的非零角度(α)。

2.根据前一项权利要求所述的压电马达，其中，倾斜角度在5度和25度之间。

3.一种线性压电马达，其包括：

-具有细长形状的无源元件(20)，

-压电致动器，所述压电致动器包括谐振器(30′)，所述谐振器(30′)包括一对臂(31′、32′)，该对臂的其中一端在连接区(33′)处连接，另外两端(310′、320′)被称为自由端，所述无源元件(20)能够通过所述自由端(310′、320′)与所述无源元件(20)的摩擦而在所述自由端(310′、320′)之间被线性移动，

每个臂(31′、32′)均包括主分支(311′；321′)，所述主分支被连接器区域(312′、322′)连接于自由端(310′、320′)，所述连接器区域(312′、322′)设置成使所述自由端(310′、320′)所处的层级不同于所述主分支(31、32)所处的层级。

4.根据权利要求3所述的压电马达(10)，其中，所述无源元件(20)基本平行于所述主分支(310)延伸。

5.一种包括根据前述权利要求之一的压电马达(10)的钟表。

6.根据前一项权利要求所述的钟表，其中所述钟表包括与所述无源元件的齿部啮合的小齿轮，所述小齿轮被限制成与所述钟表的指针一起旋转。

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