CN1653679A - 压电电机和用于驱动该压电电机的方法 - Google Patents

压电电机和用于驱动该压电电机的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1653679A
CN1653679A CNA038109263A CN03810926A CN1653679A CN 1653679 A CN1653679 A CN 1653679A CN A038109263 A CNA038109263 A CN A038109263A CN 03810926 A CN03810926 A CN 03810926A CN 1653679 A CN1653679 A CN 1653679A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
rotor
piezoelectric motor
segmentation
resonator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA038109263A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100525055C (zh
Inventor
B·维特韦恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MINISHUAIS SA
Original Assignee
MINISHUAIS SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MINISHUAIS SA filed Critical MINISHUAIS SA
Publication of CN1653679A publication Critical patent/CN1653679A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100525055C publication Critical patent/CN100525055C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/12—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/002—Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
    • H02N2/0065—Friction interface
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/026—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

压电的电机(6)包括一个定子(1)和一个转子(4)，该定子(1)和该转子(4)形成一个间隙(7)，该压电的电机还具有一个与定子(1)或转子(4)相连的压电的转换器(3)，该压电的转换器(3)与定子(1)或转子(4)一起形成一个谐振器(1，3；4，3)，其中，该谐振器(1，3；4，3)可沿一个主振荡方向(H)激励，其中，定子(1)具有一个面向转子(4)的作用面(1a)，或者转子(4)具有一个面向定子(1)的作用面(4a)，并且其中定子(1)或转子(4)包括一个与主振荡方向呈角度(α)地延伸的、弹性的进给元件(5)，该进给元件(5)如此地跨接定子(1)和转子(4)之间的间隙(7)，使进给元件(5)至少有时支承在作用面(1a；4a)上。该进给元件(5)具有一个第一分段(5c)及一个第二分段(5d)，其中，所述分段(5c，5d)具有一个不同的谐振频率。

Description

压电电机和用于驱动该压电电机的方法
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的压电电机，本发明还涉及一种按权利要求20的前序部分所述的、用于驱动该压电电机的方法。
文献EP 1098429A2公开了一种压电电机，该压电电机包括至少两个偏移90度设置的、压电的纵向执行元件，该执行元件经由一个环形结构的耦合元件作用到一个轴上并据此使该轴旋转。为了控制各个纵向执行元件，需要正弦形的电压信号，该电压信号须具有恒定的90度相位关系。
该压电电机具有如下缺点，即存在多个相互谐调的振荡体，只可产生小的扭矩，在耦合元件和轴之间出现较大的磨损，并且该压电电机比较昂贵。
本发明的任务在于提供一种更有利的压电电机。该任务通过一种具有权利要求1的特征的压电电机来解决。从属权利要求2至19涉及其它优选的方案。此外，该任务还通过一种用于驱动一个压电电机的、具有权利要求20的特征的方法来解决。从属权利要求21涉及该方法的另一优选的方案。
该任务特别是通过一个包括有形成一个间隙的一个定子和一个转子的一个压电电机来解决，其中，该定子或该转子与一个压电的转换器相连，该压电的转换器与该定子或转子一起形成一个谐振器，其中，该谐振器可沿一个主振荡方向激励；并且其中该定子具有一个面向转子的作用面，或该转子具有一个面向定子的作用面，并且该定子或该转子包括一个与主振荡方向呈角度地延伸的、弹性(柔性)的进给元件，该进给元件如此地跨接定子和转子之间的间隙，使该进给元件至少有时支承在所述作用面上。该谐振器使进给元件进入振荡的微量运动，使该进给元件周期地把进给力施加到作用面上，并且转子相对于定子做进给运动，使该转子进行运动。
在一个特别优选的方案中，压电电机设计为旋转电机，该电机具有一个圆形的、动子结构的转子和一个圆环形的、包围该动子的定子。该定子装有一个或两个压电的、环形的转换器，该转换器与该定子一起形成一个谐振器，该谐振器具有一个径向于动子的旋转中心延伸的主振荡方向，使该谐振器进行沿径向延伸的微量运动。进给元件与动子或定子相连，最好为基本上直线延伸的结构，并且相对于主振荡方向最好在呈一个大于0度的角度、特别是呈一个20度-60度的角度的情况下延伸。在一个优选的方案中，多个至很多个进给元件沿定子或动子的周围方向相互有均匀间距地设置，其中，所有的进给元件支承在同一作用面上。根据该进给机构的走向得出一个向左旋转或向右旋转的、压电的电机。
在另一优选的方案中，进给元件不是直线延伸的结构，而是具有一个第一分段以及一个第二分段，这两个分段在一个折弯位置处会合。该第一及第二分段具有不同的谐振频率(固有频率)，其结果在于，该压电的旋转电机根据谐振器的频率可进行向左旋转或向右旋转。这两个分段在电机运行时可自由振荡。届时，第一分段相对于与自己相连的定子或动子振荡，第二分段相对于第一分段振荡并且作用到所述作用面上。
在另一优选的方案中，根据发明的压电电机设计为直线电机，其中，定子沿直线方向延伸，并且转子在该方向上是可动地支承的。
本发明的压电电机具有如下优点：
该压电电机可设计为向左旋转地、向右旋转地或沿两个方向转的，
其最大扭矩和最大速度可经由进给元件相对于作用面的作用角度调整，
作用面较大，使作用到作用面上的进给元件只有少量磨损，
进给元件无冲击性运动地作用到作用面上，结果造成少量磨损，
只需使一个唯一的谐振器工作，这与已知采用多个谐振器相比可大大简化机械的谐振回路的谐调，
结构很简单，
生产成本比较低，
该压电电机很小并且安静，此外可在很大程度上无转位差地工作，并且其转角具有高的辨率，
可无弯曲力矩地驱动所述轴，
该压电电机能以小的转速运转，具有高的扭矩并因此可没有变速机构地运作，
该压电电机在几微秒的范围内具有短的启动时间和制动时间，
该压电电机具有小的结构体积，
该压电电机几乎不发射电磁散射场，
并且该压电电机具有高的效率。
下面借助附图详细说明本发明的设备的多个实施例。
附图示出：
图1a一个径向振荡的定子的侧视图及其收缩了的状态；
图1b一个径向振荡的定子的侧视图及其膨胀了的状态；
图1c定子的沿剖面线A-A的截面图；
图2a另一径向振荡的定子的侧视图及其膨胀了的状态；
图2b另一径向振荡的定子的侧视图及其收缩了的状态；
图2c定子的沿剖面线B-B的截面图；
图3a一个向左旋转的转子的侧视图；
图3b一个向左旋转的转子的示意侧示图；
图4一个向右旋转的转子的侧视图；
图5a一个向左旋转的转子的侧视图，该转子可沿两个旋转方向旋转；
图5b一个向右旋转的转子的侧视图，该转子可沿两个旋转方向旋转；
图5c具有进给元件的转子的示意视图；
图5d另一进给元件的详细视图；
图6一个转子的侧视图，该转子可沿两个旋转方向旋转；
图7该定子的频率特性或者其谐振曲线；
图8该定子的第一和第二谐振曲线；
图9a一个没有轴承的、设计为内转子的压电电机的侧视图；
图9b在图9a中所示的电机沿剖面线C-C的截面图；
图10a另一具有轴承的、设计为内转子的压电电机的侧视图；
图10b在图10a中所示的电机沿剖面线D-D的截面图；
图11a另一没有轴承的、设计为内转子的压电电机的侧视图；
图11b在图11a中所示的电机沿剖面线E-E的截面图；
图12a一个没有轴承的、设计为外转子的压电电机的侧视图；
图12b在图12a中所示的电机沿剖面线F-F的截面图；
图13a一个具有轴承的、设计为外转子的压电电机的侧视图；
图13b在图13a中所示的电机沿剖面线G-G的截面图；
图14a一个具有一个空心转子的、设计为内转子的压电电机的侧视图；
图14b在图14a中所示的电机沿剖面线H-H的截面图；
图15a一个用于向左旋转和向右旋转的直线电机的侧视图；
图15b图15a中所示的直线电机沿剖面线I-I的截面图；
图16a、16b、16c  该电机的变型的实施方式；
图17a另一用于向左旋转和向右旋转的直线电机的侧视图；
图17b、17c、17d  在图17a中所示的直线电机沿剖面线J-J的截面的各不相同的变型。
在下面说到定子和转子或者动子时，这些概念是可相互交换的，因为电机的称为定子的、固定的部分在称为转子或者动子的部分是固定设置的情况下也可是电机的转子或者旋转的部分。图1a和1b示出了一个由圆环形的、用金属或陶瓷制作的定子1及两个环形的、压电的转换器3a、3b所组成的谐振器1，3，这两个转换器3a、3b设在定子1的两侧上并与定子1固定连接。该谐振器1，3相对于中心4a为轴对称的结构，并在受激励的状态下具有一个相对于中心4a沿径向延伸的主振荡方向H或者微量运动。在这种情况下，该谐振器1，3是如此构成的，即该谐振器1，3总体上收缩，如在图1a中通过用虚线表示的较廓线所示，或者该谐振器总体上膨胀，如在图1b中通过用虚线表示的轮廓线所示。
图1c示出了该谐振器1，3沿剖面线A-A的截面图。
图2a和图2b示出了另一个谐振器1，3，该谐振器1，3与在图1a，1b中所示的方案的区别在于，可如此地朝一个相对于中心4a径向延伸的主振荡方向H受到激励，使该谐振器1，3的环宽度增大，如在图2a中通过用虚线表示的轮廓线所示，或使该谐振器1，3的环宽度缩小，如在图2b中通过用虚线表示的轮廓线所示。
图2c示出了该谐振器1，3沿剖面线B-B的截面图。
图3a示出了一个压电电机6的一个细节，该压电电机6具有一个谐振器1，3，该谐振器像在图1a、1b、2a、2b公开的一样。该谐振器1，3具有一个朝内的作用面1a。该谐振器1，3可沿主振荡方向H受到激励，使该作用面1a沿该方向振荡。用虚线表示的作用面1b示出了作用面1a在谐振器1、3的最大收缩时刻的位置。一个圆形的、具有旋转中心4a的转子4在构成一个间隙7的情况下设在定子1内。一个呈角度a朝主振荡方向H延伸的、弹性的进给元件5设在转子4的表面上。在基本位置上，所述作用面具有用1a标示的位置，并且进给元件5具有用5a标示的位置。在作用面1a向着用1b标示的位置运动的过程中，进给元件5弯曲并且届时过渡到用5b标示的推动位置中。由于作用面1a和进给元件5之间的摩擦力足够高，所以进给元件5在作用面从位置1a收缩到位置1b期间仍支承在作用面的同一位置1a，1b上，因此进给元件5把一个朝左的力作用到转子4上使转子4沿D方向向左旋转。在作用面从位置1b向位置1a反振荡运动期间，谐振器1，3经历一个高的加速度。据此，进给元件5在作用面1a、1b上的磨擦力很小，使得在该反振荡运动期间没有或只有很小的、沿旋转方向D作用的力被施加到转子4上，使该转子4基本上不运动。但是，通过谐振器1，3的接下来的收缩，转子4经由进给元件5重新又沿方向D被旋转。据此，只要谐振器1，3沿主振荡方向H振荡，转子4就沿方向D向左进行旋转。只要谐振器1，3静止不动，转子4就不再进行旋转运动。因此，该压电电机6可任意被启动和再被止动。
图3b再次详细示出了在图3a中示出的压电电机6的工作原理。具有工作面1a的谐振器1，3沿径向方向被收缩距离Δrs，使作用面占据用1b表示的位置。在这种情况下，进给元件5从基本位置5a过渡到推动位置5b中，并且进给元件5的尖端5f沿旋转方向D移动为ΔUR的量，使得位于转子4上的尖端5f让转子4也旋转该量。
图4示出了在图3a中所示的压电电机6的一个变型的方案，其中与图3a所示的方案相比，进给元件5相对于主振荡方向H是沿相反的方向延伸地设置的。其结果在于，转子4在谐振器1，3振荡期间沿方向D旋转，并因此进行右旋转。除进给元件5的布局之外，图3a和图4所示的压电电机6的结构相同。
图5a和5b示出了一个压电电机6，该压电电机与图4所示的方案的区别在于，具有一个折弯延伸的进给元件5。该进给元件5包括一个与转子4相连的第一分段5C以及一个与此相接的、相对于主振荡方向H沿相反的方向延伸的分段5d。
图5c示意地详细地示出了在图5a和5b中示出的进给元件5。
图5d示出了一个折弯延伸的、具有第一分段5c、一个变窄位置5e和一个尖端5f的进给元件5的实施例，所述的变窄位置5e汇入第二分段5d，第二分段5d止于所述尖端5f。该进给元件5与转子或者说动子4固定相连。为了影响分段的固有频率，所述的变窄位置5e不是必须的，该变窄位置5e可任意地被设置。
折弯延伸的进给元件5具有一个技术性能，下面将详细说明该技术性能。第一分段5c具有一个第一固有谐振频率f1。第二分段5d具有一个第二固有谐振频率f2。这两个分段5c、5d是如此构成的和如此相互机械耦合的：使这两个固有谐振频率f1、f2具有不同的值。整个进给元件5经由谐振器1，3被激发振荡，并且在这种情况下以频率f进行振荡。
图6示出了一个转子4的一个实施例，在该转子的表面上有间距地设有多个折弯的进给元件5。在一个优选的方案中，在图5a、5b中示出的压电电机6具有在图6中示出的转子4。
图7示出了进给元件5的与激励频率f有函数关系的振幅。在图7中，进给元件5具有譬如一个其范围为100千赫的谐振频率。
图8示出了谐振器1，3的与激励频率f有函数关系的振幅，该谐振器1，3用于在图5a和5b中所示的压电电机6。在图8中，该谐振器1，3在譬如频率为100千赫和300千赫时具有自然谐振。
图7和图8的比较表明，在图5a和5b中所示的压电电机6是如此构成的，不仅谐振器1，3，还有进给元件5也在100千赫的范围内具有谐振。特别有意义是以下描述的技术效应。进给元件5是如此构成的，即在100千赫的谐振频率以下、譬如在90千赫时，第一分段5c基本上具有一个有一个相应高的振幅的谐振特性。在图5b中示出了该谐振特性，即该第一分段5c被比较强地偏移，而在其谐振频率之外被激励的第二分段5b则只进行小的偏移或者变形。其结果是，转子4沿旋转方向D被逆时针旋转。
此外，该进给元件5是如此构成的，即在谐振频率100千赫以上，如图所示在为110千赫时，第二分段5c基本上具有一个有相应高的振幅的谐振特性。在图5a中示出了该谐振特性，即第二分段5d较大地被偏移，在其谐振频率之外被激励的第一分段5c则只有少的偏移或者变形。其结果在于，转子4沿旋转方向D顺时针被旋转。据此，在图5a和5b中所示的压电电机6，如在图7中所示，根据激励频率向左或向右旋转。因此，根据本发明的压电电机的该方案具有以下优点，即该压电电机可沿两个旋转方向受到驱动，旋转方向是可选择的，并且旋转方向在工作期间譬如是可随时改变的。
图9示出了一个设计为内转子的压电电机6的侧视图，该压电电机6具有一个谐振器1，3、一个带固定构件1c的定子1、一个具有供电引线8的环形压电转换器3a、3b以及一个可绕旋转中心4a旋转的动子4，该动子4具有很多个沿圆周方向间隔设置的进给元件5。
图9b示出了图9a沿剖面线C-C的截面图，从该截面图中可看到具有定子1和压电的转换器3a，3b的谐振器1，3以及具有进给元件5和一个设在中央的轴4b的动子4。
图10a示出了另一压电电机6的侧视图，与在图9a中所示的方案不同，该压电电机6的轴4b支承在一个轴承9中。
图10b示出图10a沿剖面线D-D的截面图，从该截面图中可看到具有定子1和压电的转换器3a，3b的谐振器1，3、以及具有进给元件5和一个设在中央的轴4b的动子4，该轴4b支承在轴承9中。
图11a示出另一压电电机6的侧视图，该压电电机6的谐振器1，3与在图9a中所示的方案不同，具有两个定子1和一个设在其间的压电转换器3。
图11b示出了图11a沿剖面线E-E的截面图，从该截面图中可见到具有两个定子1和设在这两个定子之间的压电转换器3的谐振器1，3以及具有进给元件5和一个设在中央的轴4b的动子4。
图12a示出了设计为外转子的压电电机6的侧视图，该压电电机6具有一个谐振器1，3、一个经过固定构件1c固定锚定的定子1、两个盘形的、带馈电引线8的压电转换器3a，3b以及一个可绕旋转中心4a旋转的、设计为空心转子的动子4，该动子4具有很多个沿圆周方向有间隔地设置的进给元件5。这些进给元件5向内突出地设置，并支承在谐振器1，3的圆形的外面上。
图12b示出了图12a沿剖面线F-F的截面图，从该截面图中可看到具有定子1、压电的转换器3a，3b和带馈电引线8的固定构件1c的谐振器1，3。具有进给元件5的动子4设计为外转子并且支承在谐振器1，3的外面上。
图13a示出了另一设计为外转子的压电电机6的侧视图。与在图12a和12b中所示的方案不同，具有压电的转换器3a，3b的定子1和动子4支承在一个共同的、具有轴4b的轴承9上。
图13b示出了图13a沿剖面线G-G的截面图，从该截面图中可看到固定在轴承9上的、具有定子1和压电的转换器3a，3b的谐振器1，3以及支承在轴4b上的、具有进给元件5的动子4。轴4b是与轴承9固定连接的。
图14a示出了另一压电电机6的侧视图，该压电电机的动子4与在图9a中所示的方案不同，是空心转子。
图14b示出了图14a沿剖面线H-H的截面图，从该截面图中可看到谐振器1，3以及设计为空心转子的动子4。
图15a示意地示出了本发明的压电电机6如何可构成为直线电机的原理。在图中没有示出用于激励压电构件的电接头，或压电构件的叠层结构。
图15b示意地示出了根据图15a所示的直线电机沿剖面线I-I的截面图。转子4为矩形和板形的结构。在转子4的两侧各设有一个压电的转换器3a，3b，其中转子4和转换器3a，3b构成一个谐振器4，3，该谐振器具有一个主振荡方向H。转子4沿一个垂直于主振荡方向H延伸的运动方向B可移动地支承在定子1中，并且上方和下方各具有一个作用面1a。定子1具有很多个进给元件5，这些进给元件5朝向转子突出地并沿运动方向B有间距地设置。这些进给元件5-如在图5a至5d中详细所述的那样-是以折弯的形式构成的，并且具有在图7中所示的谐振特性。其结果在于，转子4根据谐振器4，3的激励频率在图15a所示的直线电机6中向左或向右运动。
与在图15a和15b中所示的实施例相似，在以上所示的实施例中，压电的转换器3也可设在转子4上。
图17a示意地示出了本发明的另一优选的、设计为直线电机6的方案。转子4具有进给元件5，并且定子1具有至少一个压电的转换器3。其它的特征是：如果没有其它说明，其设计与图15所示的方案的特征相似。
图17b示出了图17a所示的直线电机6沿剖面线J-J的截面图。定子1优选地具有一个H形的横截面，具有一个第一臂对11，11′和一个第二臂对12，12′。该第一臂对11，11′形成一个在其内使转子4可运动的通道。作用面1a位于该第一臂对11，11′的一个内侧面上，并与H轮廓的一个连接部分13有间距。所述第二臂对12，12′形成另一在其内设有所述至少一个压电的转换器3的通道。其主振荡方向H垂直于转子4的运动方向或者定子的一个主扩展方向延伸。如果存在多个压电的转换器3，则这些压电的转换器3是沿该主扩展方向相互有间距地设置的。在该直线电机6的运行中，至少一个转换器3的振荡被传递到该第二臂对12，12′上，并从此通过杠杆作用被传递到第一臂对11，11′上。为此，定子具有一定的柔性，该柔性可使臂对11，11′，12，12′相对于H轮廓的连接部分13振荡。
图17c和17d分别示意地示出了具有图17a的示图的直线电机6的截面图，但具有一个U形的横截面。一个或多个转换器3与U轮廓的底部14相连，也就是说设在该底部14的一个内侧面(图17c)或外侧面(17d)上。所述转换器3最好沿主振荡方向H部分地或近似完全地在该底部14上延伸。谐振器3，4具有两个稳定的谐振频率。在用一个第一谐振频率、譬如20千赫左右激励压电构件3时，产生首先是U轮廓的底部14连同臂对11，11′的弯曲和振荡。在一个第二谐振频率、譬如30千赫时，底部14保持比较平坦并且主要只有臂对11，11′发生振荡。这两个谐振频率是与转子4的进给元件5的谐振频率相协调的，并因此使转子4向左运动或向右运动。在该方案中和在所有其它的方案中，该激励频率或者谐振频率最好在人的听觉范围之外，最好是高于16千赫或高于20千赫。
定子在附图平面中和垂直于主振荡方向H的扩展最好在1毫米至3毫米或30毫米之间的范围内，并且转子4的宽度、即作用面1a的距离最好在1毫米至3毫米或20毫米之间的范围内。也可实现低于1平方毫米的横截面积和几厘米的扩展。
在本发明的一个优选的方案中，在一个或两个臂对11，11′，12，12′中，臂中的每一个臂的固有频率分别不同于另一个臂的固有频率，譬如，第一臂对的一个第一臂11沿主振荡方向具有一个厚度d1，该厚度d1不同于该第一臂对的一个第二臂11′的厚度d2。第一臂对的该第一臂11替代地或附加地具有一个杠杆11，该杠杆臂11不同于该臂对的第二臂11′的杠杆臂12。这更确切地说具有如下优点，即无须满足对臂11，11′的尺寸的高的公差要求。
为了提高作用面1a和进给元件5之间的摩擦值或者为了改善作用面1a和进给元件5之间的传力连接，可加大譬如进给元件5上的相应的表面积(研磨，弯曲或通过成型)，该表面可具有限定的表面粗糙度，具有微齿或由适宜的材料副制成。
图16a，16b和16c分别示出了本发明的压电电机的一个略有变型的、特殊的方案的俯视图。为了更好的理解，单个地或共同地示出了在这里作为外转子的动子和在这里作为谐振器的定子。
一个压电陶瓷环3与一个图16a所示的金属板10相联合用一个交变电压致使进行振荡，使其产生径向收缩和再膨胀。在相宜地选择几何形状时，该压电陶瓷环3和该金属板10朝设有譬如一个单电压的中心+处进行扭转振荡。通过将所述两个振动-即压电环的径向振动和该扭转的旋转振动-相叠加，该金属板的外侧上的一个点X进行一个到该偏移的金属板的外围上的虚线10′上的点X′的和又返回的一个曲线轨迹。第二条虚线3′表示该压电构件的偏移。通过该叠加的偏移，使一个任意的、接触环的外侧的部分或者一个具有进给元件的外转子运动。该结构可被设计为两个压电陶瓷环之间的层叠或具有仅一个压电陶瓷环，如在以上的附图中曾多次谈到的那样。
一个按图16b所示的、具有多个环形设置的进给元件5的外转子，也是具有相似形状的图12a，该外转子是如此构成的，即这些进给元件5不是强制性地、但在图16b举例性地具有一个加大了的、用于扭转振荡的谐振器的接触面B(不要与具有不同的、有不同的固有频率的、其实际上只以尖端接触待驱动部分的分部的进给元件混淆)。如在图16c中所示，在总体的定子1，3和外转子4中可看出该具有叠加振荡的驱动机构的工作原理。
为了使该电机工作：本发明的压电的电机6包括一个定子1及转子4，其中，该定子1或转子4为了以主振荡方向H振荡是可压电地激励的，有利地如此工作，即该定子1具有一个面向转子4的作用面1a，或者该转子4具有一个面向定子1的作用面4a，该定子1或该转子4包括一个横向于主振荡方向H延伸的、对准作用面1a；4a的进给元件5，并且该进给元件5基于振荡如此地与作用面1a；4a作用连接，使转子4相对于定子1运动。
在另一个用于使电机工作的方法中，该方法是如此进行的，即进给元件具有一个第一分段5c及一个第二分段5d，该第一分段5c与主振荡方向H呈角度地延伸，该第二分段5d与主振荡方向H呈角度地并且与第一分段5c的方向相反地延伸，第一和第二分段5c，5d具有不同的谐振频率，并且根据作用的振荡的频率，转子4相对于定子1沿其一个方向或沿与此相反的方向运动。
在此所展示的方案可粗略地分成两组，分别根据是哪个部件而设计成谐振器。在其中的一组中，在其上设有所述进给元件的部件设计成谐振器，使该谐振器经由所述进给元件弹性地支承，并使这些进给元件经由接触点驱动地作用到另外的部件上。在另一组中，其位于进给元件对面的部件设计为谐振器，使该谐振器的运动经由接触点驱动地作用到所述进给元件上。
本发明的压电的电机通过其良好的性能可譬如用于时间测量技术的装置、光学器具、测量仪表或转速计等。

Claims (22)

1.包括一个定子(1)和一个转子(4)以及一个与定子(1)或转子(4)相连的压电转换器(3)的压电的电机(6)，所述定子和转子形成一个间隙(7)，所述压电转换器(3)与定子(1)或转子(4)形成一个谐振器(1，3；4，3)，其中该谐振器(1，3；4，3)沿主振荡方向(H)可激励，其特征在于，该定子(1)具有一个面向转子(4)的作用面(1a)，或者该转子(4)具有一个面向定子(1)的作用面(4a)，并且该定子(1)或转子(4)包括一个弹性的进给元件(5)，该进给元件(5)如此地跨接定子(1)和转子(4)之间的间隙(7)，使进给元件(5)至少有时支承在作用面(1a；4a)上，并且该进给元件(5)具有一个第一分段(5c)及一个第二分段(5d)，其中，所述分段(5c，5d)具有不同的谐振频率。
2.按权利要求1所述的压电电机，其特征在于，该压电电机构成为直线电机，所述谐振器(1，3；4，3)具有一个运动方向(B)，该运动方向(B)垂直于主振荡方向(H)延伸，并且所述的作用面(1a；4a)沿运动方向(B)延伸。
3.按权利要求1所述的压电电机，其特征在于，该压电电机构成为旋转电机，该电机具有一个圆形的、作为动子的转子(4)，其中所述谐振器(1，3；4，3)的主振荡方向(H)径向对准转子(4)的旋转中心，并且作用面(1a；4a)圆形地延伸。
4.按权利要求3所述的压电电机，其特征在于，所述定子(1)为圆形结构，压电的转换器(3)与定子(1)固定相连，并且主振荡方向(H)径向于定子(1)的曲率中心延伸。
5.按以上权利要求之一所述的压电电机，其特征在于，所述进给元件(5)是直线延伸的。
6.按以上权利要求之一所述的压电电机，其特征在于，所述进给元件(5)是定子(1)或转子(4)的构成部分。
7.按以上权利要求之一所述的压电电机，其特征在于，所述进给元件(5)相对于主振荡方向(H)具有一个倾斜角(α)，该倾斜角在45度和0度以上之间。
8.按以上权利要求之一所述的压电电机，其特征在于，在定子(1)或转子(4)上前后相连设有许多个进给元件(5)。
9.按以上权利要求之一所述的压电电机，其特征在于，所述的第一分段(5c)和所述的第二分段(5d)在折弯处相遇，并且该第一分段(5c)与主振荡方向(H)呈角度地延伸，并且该第二分段(5d)与第一分段(5c)的方向相反地、与主振荡方向(H)呈角度地延伸。
10.按权利要求9所述的压电电机，其特征在于，所述第一分段(5c)及所述的第二分段(5d)是如此地构成的，即该第一分段和该第二分段具有不同的谐振频率。
11.按以上权利要求之一所述的压电电机，其特征在于，所述谐振器(1，3；4，3)是如此地构成的，即在定子(1)或转子(4)的中央和两侧分别设有一个压电的转换器(3)。
12.按权利要求1至10之一所述的压电电机，其特征在于，所述的谐振器(1，3；4，3)是如此构成的，即所述压电转换器(3)在中央和两侧各设有一个定子(1)或一个转子(4)。
13.按以上权利要求之一所述的压电电机，其特征在于，所述的转子(4)是外转子。
14.按以上权利要求之一所述的压电电机，其特征在于，所述转子支承在一个轴承部位(9)上。
15.按权利要求2所述的压电电机，其特征在于，所述定子(1)为直线延伸的，所述谐振器(1，3；4，3)为板形的，并且该谐振器(1，3；4，3)相对于定子(1)直线运动地支承。
16.按权利要求2所述的压电电机，其特征在于，所述压电的转换器(3)与所述定子(1)形成所述谐振器(1，3)。
17.按权利要求16所述的压电电机，其特征在于，转子(4)相对于定子(1)直线运动地支承，并且具有至少一个进给元件(5)。
18.按权利要求16或17所述的压电电机，其特征在于，所述定子(1)具有一个H形的横截面，该横截面形成两个通道，其中，转子(4)直线运动地支承在一个第一通道中，并且一个或多个压电的转换器(3)设在一个第二通道中。
19.按权利要求16或17所述的压电电机，其特征在于，所述定子(1)具有一个U形的横截面，该横截面形成一个通道，其中，转子(4)直线运动地支承在该通道中，并且一个或多个压电的转换器(3)设在该U轮廓的底部(14)上。
20.用于驱动一种压电的电机(6)的方法，该压电电机(6)包括一个定子(1)及一个转子(4)，其中，该定子(1)或该转子(4)为了以主振荡方向(H)振荡而压电地进行激励，其特征在于，该定子(1)具有一个面向转子(4)的作用面(1a)，或者该转子(4)具有一个面向定子(1)的作用面(4a)，该定子(1)或该转子(4)包括一个对准该作用面(1a；4a)的进给元件(5)，该进给元件(5)由于振荡如此地与作用面(1a；4a)作用连接，使转子(4)相对于定子(1)运动，并且根据作用的振荡的频率使转子(4)相对于定子(1)沿所述一个方向或沿与此方向相反的方向运动。
21.按权利要求20所述的方法，其特征在于，所述进给元件(5)具有一个第一分段(5c)及一个第二分段(5d)，该第一分段(5c)与主振荡方向H呈角度地延伸，该第二分段(5d)与主振荡方向(H)呈角度地并沿与第一分段(5c)的方向相反的方向延伸，该第一和第二分段(5c，5d)具有不同的谐振频率，并且根据作用的振荡的频率使转子(4)相对于定子(1)沿所述一个方向或沿与此方向相反的方向运动。
22.权利要求1至19所述的压电电机用于时间测量技术装置、照相器具、测量仪表或转速计的应用。
CNB038109263A 2002-03-15 2003-03-12 压电电机和用于驱动该压电电机的方法 Expired - Lifetime CN100525055C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH452/02 2002-03-15
CH452/2002 2002-03-15
CH4522002 2002-03-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1653679A true CN1653679A (zh) 2005-08-10
CN100525055C CN100525055C (zh) 2009-08-05

Family

ID=27810649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038109263A Expired - Lifetime CN100525055C (zh) 2002-03-15 2003-03-12 压电电机和用于驱动该压电电机的方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US7105987B2 (zh)
EP (1) EP1485985B1 (zh)
JP (1) JP4282487B2 (zh)
KR (1) KR100991643B1 (zh)
CN (1) CN100525055C (zh)
AT (1) ATE335302T1 (zh)
AU (1) AU2003206604A1 (zh)
DE (1) DE50304468D1 (zh)
HK (1) HK1081734A1 (zh)
WO (1) WO2003079462A2 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7075212B2 (en) * 2001-10-22 2006-07-11 Miniswys Ag Piezoelectric motor
US7368853B2 (en) * 2002-04-22 2008-05-06 Elliptec Resonant Actuator Aktiengesellschaft Piezoelectric motors and methods for the production and operation thereof
CH696993A5 (de) 2004-06-24 2008-02-29 Miniswys Sa Antriebseinheit.
JP2007151239A (ja) * 2005-11-24 2007-06-14 Fujinon Corp 駆動装置
WO2008124457A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-16 Shuxiang Dong Miniature piezoelectric motor and method of driving elements using same
EP2142407B1 (en) * 2007-04-13 2019-02-20 Technion Research & Development Foundation Ltd. Vibrating robotic crawler
JP2008301673A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Konica Minolta Opto Inc 摩擦駆動アクチュエータおよびそれを用いるハードディスク装置
US7915787B2 (en) * 2007-07-20 2011-03-29 Canon Kabushiki Kaisha Actuator
TWI408888B (zh) 2008-08-07 2013-09-11 Ind Tech Res Inst 超音波線性馬達
CN115224977B (zh) * 2022-03-04 2024-04-16 合肥工业大学 一种谐振型旋转压电马达

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3211931A (en) * 1962-12-10 1965-10-12 Gen Electric Electromechanical transducer motors
AT384912B (de) * 1982-04-16 1988-01-25 Ki Polt I Piezoelektrischer motor
JPS61154487A (ja) * 1984-12-26 1986-07-14 Canon Inc リニア振動波モ−タ
JPS61240865A (ja) 1985-04-15 1986-10-27 Toshiba Corp 低速回転装置
US5146129A (en) * 1986-12-01 1992-09-08 Canon Kabushiki Kaisha Vibration wave motor
JPH0648910B2 (ja) * 1987-02-12 1994-06-22 日本電気株式会社 圧電モ−タ
EP0306530A4 (de) * 1987-02-28 1989-06-21 Ki Polt I Piezoelektrischer motor.
JP2525019B2 (ja) * 1987-06-05 1996-08-14 アルプス電気株式会社 超音波リニアモ―タ
DE3735623A1 (de) 1987-10-21 1989-05-03 Philips Patentverwaltung Elektrischer rotations- oder linearmotor, dessen laeufer mittels ultraschallschwingungen angetrieben wird
US4831306A (en) * 1988-05-04 1989-05-16 Micro-Pulse Research And Development Piezoelectric motor having a pivotally mounted annular shaped housing
DE3920726A1 (de) * 1988-06-29 1990-01-04 Olympus Optical Co Ultraschalloszillator
US5216313A (en) * 1988-12-16 1993-06-01 Alps Electric Co., Ltd. Ultrasonic wave linear motor
CN1018116B (zh) * 1989-01-30 1992-09-02 黄大旭 微幅运动转换机构
GB2229045A (en) * 1989-03-08 1990-09-12 Alps Electric Co Ltd Ultrasonic linear motor with U-shaped vibrating body
US5087851A (en) * 1989-06-21 1992-02-11 Alps Electric Co., Ltd. Device for driving a part on a vehicle
US5191688A (en) * 1989-07-27 1993-03-09 Olympus Optical Co., Ltd. Method for producing a superior longitudinal vibrator
SU1820820A1 (ru) 1990-10-15 1998-02-20 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Пьезоэлектрический двигатель
JP3118251B2 (ja) * 1990-11-21 2000-12-18 ニスカ株式会社 超音波駆動装置及びその方法
WO1992010874A1 (en) * 1990-12-04 1992-06-25 Scansov Transport Ab Piezoelectric motor
CH680487B5 (zh) * 1991-03-28 1993-03-15 Ebauchesfabrik Eta Ag
JPH06189569A (ja) 1992-12-16 1994-07-08 Zexel Corp 超音波モータ
US5616980A (en) * 1993-07-09 1997-04-01 Nanomotion Ltd. Ceramic motor
US5561337A (en) * 1995-04-13 1996-10-01 Toda; Kohji Ultrasonic vibrating actuator
JP3382061B2 (ja) * 1995-05-31 2003-03-04 松下電工株式会社 リニア振動モータ
US5955820A (en) 1997-03-21 1999-09-21 The Penn State Research Foundation Ultrasonic motor
JP3190613B2 (ja) * 1997-03-31 2001-07-23 セイコーインスツルメンツ株式会社 圧電アクチュエータ
JP3184117B2 (ja) * 1997-05-23 2001-07-09 セイコーインスツルメンツ株式会社 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器
JPH10337057A (ja) * 1997-06-02 1998-12-18 Minolta Co Ltd 駆動装置
JPH1152075A (ja) 1997-08-04 1999-02-26 Seiko Epson Corp アクチュエータおよびそれを用いた時計
CN1241322A (zh) * 1997-08-04 2000-01-12 精工爱普生株式会社 传动装置及使用它的钟表和通知装置
JP2000060163A (ja) * 1998-02-10 2000-02-25 Nikon Corp 振動アクチュエ―タ
US6069419A (en) * 1998-06-16 2000-05-30 Tabib-Azar; Massood Micro-actuator assembly
EP2568595A3 (en) 1998-12-21 2013-05-15 Seiko Epson Corporation Piezoelectric actuator, timepiece, and portable device
JP3190634B2 (ja) * 1999-01-05 2001-07-23 セイコーインスツルメンツ株式会社 圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエータの駆動方法並びに圧電アクチュエータの駆動方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納した、コンピュータが読取可能な記憶媒体
AU1377801A (en) * 1999-11-29 2001-06-12 Creaholic S.A. Piezoelectric drive
US6373170B1 (en) * 2000-03-10 2002-04-16 Edo Electro-Ceramic Products Piezo-electric motor
CA2315013C (en) 2000-08-03 2005-02-08 Eontech Group, Inc. Piezoelectric motor
DE10113660A1 (de) * 2001-03-21 2002-09-26 Koninkl Philips Electronics Nv Piezoelektrischer Antrieb
EP1396012B2 (de) 2001-06-06 2010-07-28 miniswys SA Piezoelektrischer antrieb
US7075212B2 (en) 2001-10-22 2006-07-11 Miniswys Ag Piezoelectric motor

Also Published As

Publication number Publication date
HK1081734A1 (en) 2006-05-19
KR20040097173A (ko) 2004-11-17
EP1485985B1 (de) 2006-08-02
KR100991643B1 (ko) 2010-11-04
WO2003079462A3 (de) 2004-02-26
US20050127784A1 (en) 2005-06-16
WO2003079462A2 (de) 2003-09-25
AU2003206604A1 (en) 2003-09-29
DE50304468D1 (de) 2006-09-14
ATE335302T1 (de) 2006-08-15
AU2003206604A8 (en) 2003-09-29
JP2005530464A (ja) 2005-10-06
CN100525055C (zh) 2009-08-05
EP1485985A2 (de) 2004-12-15
JP4282487B2 (ja) 2009-06-24
US7105987B2 (en) 2006-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5631018B2 (ja) 回転型振動波駆動装置
CN100525058C (zh) 环形定子多自由度超声电机
CN1653679A (zh) 压电电机和用于驱动该压电电机的方法
CN101594961B (zh) 圆盘状的切削工具及切削装置
CN1977403A (zh) 压电超声马达
CN101242930A (zh) 利用超声波振动的研磨装置
CN1832324A (zh) 超声波马达
CN1424814A (zh) 振动波驱动装置及构成其振子的弹性体的支承构件的形状设定方法
CN1186825C (zh) 振动元件和振动波驱动装置
JP5873802B2 (ja) 振動波モータ及び同モータを駆動源とする発音装置
JP5701032B2 (ja) 振動型駆動装置
CN101569085B (zh) 振动致动器、镜头镜筒、照相机
CN1035647C (zh) 压电马达
CN1083941A (zh) 装有由压电电动机形成的驱动装置的钟表
CN104734561B (zh) 一种弹性叶片式并联型超声波电机
CN1241318C (zh) 压电致动器
CN104578899B (zh) 贴片式圆环双足超声电机振子
CN102158124A (zh) 振动波马达、透镜镜筒及相机
CN102739102B (zh) 环形振动波致动器
CN205336153U (zh) 一种单模态超声电机
CN102299663A (zh) 采用弹簧块预紧的圆筒型行波超声电机振子
JPS61116978A (ja) 超音波駆動モ−タ
KR20100079938A (ko) 압전모터와 이를 구비한 렌즈 조립체
CN102324868A (zh) 采用楔形预紧的陶瓷嵌入式圆筒型行波超声电机振子
JP2009273226A (ja) 振動型アクチュエータ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1081734

Country of ref document: HK

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1081734

Country of ref document: HK

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20090805