DE202009013703U1

DE202009013703U1 - Piezoelectric linear motor, which offers an increased displacement

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Publication number: DE202009013703U1
Application number: DE202009013703U
Authority: DE
Original assignee: Santoma Ltd Kwun Tong; Santoma Ltd; Inova Inc
Current assignee: Santoma Ltd Kwun Tong; Santoma Ltd; Inova Inc
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2019-11-11

Abstract

Piezoelektrischer Linearmotor, der eine erhöhte Verschiebung bereitstellt, umfassend:
eine kuppelförmige piezoelektrische Keramik, die so hergestellt ist, dass die verschiedenen Elektroden auf den gegenüberliegenden Flächen der piezoelektrischen Keramik ausgebildet sind;
eine Schwingungswelle, die an einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Keramik so befestigt ist, dass sie sich zusammen mit der Verschiebung der piezoelektrischen Keramik bewegt; und
ein bewegliches Element, das linear durch Reibung mit der Schwingungswelle angetrieben wird, wenn es mit der Schwingungswelle in Kontakt kommt.A piezoelectric linear motor providing increased displacement, comprising:
a dome-shaped piezoelectric ceramic made such that the various electrodes are formed on the opposite surfaces of the piezoelectric ceramics;
a vibration wave which is fixed to a first surface of the piezoelectric ceramic so as to move together with the displacement of the piezoelectric ceramic; and
a movable member that is linearly driven by friction with the vibration shaft when it comes in contact with the vibration shaft.

Description

[Technisches Gebiet][Technical area]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Linearmotor, der eine kuppelförmige piezoelektrische Keramik verwendet, und daher, verglichen mit der Verschiebung, die bei einer einfachen Expansion/Kontraktion einer herkömmlichen scheibenförmigen piezoelektrischen Keramik erreicht wird, eine erhöhte Verschiebung bereit stellt.The The present invention relates to a piezoelectric linear motor, which uses a dome-shaped piezoelectric ceramic, and therefore, compared with the shift, the case of a simple Expansion / contraction of a conventional disk-shaped piezoelectric ceramic is achieved, an increased shift ready.

[Hintergrund der Technik][Background of the technique]

Ein piezoelektrischer Motor ist ein Motor der nächsten Generation, der den piezoelektrischen Effekt einer piezoelektrischen Keramik verwendet, die gemäß der Veränderung in einem dazu verwendetem elektrischen Feld schwingt. Den piezoelektrischen Motor kennzeichnet ein geräuschloser Motor, der eine Ultraschall-Antriebsfrequenz über 20 KHz hat, was oberhalb des menschlichen Gehörs liegt, und auch Ultraschallmotor genannt wird. Verglichen mit einem typischen elektromagnetischen Motor hat ein piezoelektrischer Motor eine Erzeugungskraft von 3 kg·cm oder weniger, eine Ansprechgeschwindigkeit von 0,1 ms oder weniger, eine Größe, die ein Zehntel der Größe eines typischen elektromagnetischen Motors beträgt oder weniger, und eine Genauigkeit von 0,1 m oder weniger. Dementsprechend hat der piezoelektrische Motor eine breite Verwendung in Anwendungsgebieten gefunden, die hohe Drehmomente und niedrige Drehzahlen erfordern, wie z. B. die Implementierung der Zoom-Funktion, der Auto-Fokus-Funktion und der Funktion zur Reduzierung des Verwackelns bei Digitalkameras oder der Antrieb von Aufnahmelinsen in einem Compact Disc (CD), Digital Versatile Disc(DVD)-Festspeicher (ROM) Laufwerk.One piezoelectric motor is a next-generation engine, the piezoelectric effect of a piezoelectric ceramic used according to the change oscillates in an electric field used for this purpose. The piezoelectric motor indicates a noiseless motor transmitting an ultrasonic drive frequency 20 KHz, which is above the human ear, and also called ultrasonic motor. Compared with a typical one electromagnetic motor, a piezoelectric motor has a generating force of 3 kg · cm or less, a response speed of 0.1 ms or less, a size one tenth of the Size of a typical electromagnetic motor is less or less, and an accuracy of 0.1 m or fewer. Accordingly, the piezoelectric motor has a wide Use found in application areas that have high torques and low speeds require such. B. the implementation of Zoom function, auto-focus function and reduction function blurring with digital cameras or driving recording lenses in a Compact Disc (CD), Digital Versatile Disc (DVD) hard disk (ROM) drive.

Allgemein kann ein piezoelektrischer Motor realisiert werden, indem man ein Schwingungsausbreitungsverfahren verwendet, wie z. B. eine Art der Biegewelle oder eine Art der stehenden Welle, allerdings beinhaltet dieses Schwingungsausbreitungsverfahren den Nachteil, dass es, aufgrund der Abnutzung des Kontaktbereichs während der piezoelektrische Motor kontinuierlich angetrieben wird, schwierig ist, eine vorgegebene gewünschte Amplitude zu erreichen.Generally a piezoelectric motor can be realized by a Vibration propagation method used, such as. B. a type of bending shaft or a type of standing wave, however, this includes Vibration propagation method has the disadvantage that it, due to the wear of the contact area during the piezoelectric Motor is driven continuously, difficult is a given to achieve the desired amplitude.

Das koreanische Patent mit der Registrierungsnummer 10-0443638 (Stand der Technik) war als eine alternative Maßnahme zur Überwindung dieses Nachteils vorgeschlagen worden und bezieht sich auf einen piezoelektrischen Linearmotor, der ein bewegbares Element, das auf einer beweglichen Welle befestigt ist, mittels einer Biegebewegung, die durch einen elastischen Körper und eine piezoelektrische Platte als Antriebsquelle ausgeführt wird, linear bewegt.The Korean patent with registration number 10-0443638 (Prior Art) has been proposed as an alternative means for overcoming this drawback, and relates to a piezoelectric linear motor comprising a movable member fixed on a movable shaft by means of a bending motion passing through an elastic body and a piezoelectric plate is performed as a drive source, linearly moved.

Der als Stand der Technik offenbarte piezoelektrische Linearmotor ist verglichen mit den herkömmlichen Motoren dadurch vorteilhaft, dass er eine kleine Größe und einen relativ einfachen Herstellungsprozess hat und eine schnelle Arbeitsgeschwindigkeit bereit stellt, ist aber dahingehend problematisch, dass, solange die piezoelektrische Keramik scheibenförmig ausgebildet ist, eine separate elastische Platte mit dieser verbunden werden muss, um eine Verschiebung zu erreichen, so dass dessen Herstellungskosten steigen und dessen Herstellungsprozess kompliziert ist. Ferner sind gemäß des Standes der Technik die Bewegungsverschiebungen der beweglichen Welle und des beweglichen Elements auf bestimmte Größen begrenzt und begrenzen daher die Produktpalette in denen der Motor im Verhältnis zu den begrenzten Größen verwendet werden kann.Of the As disclosed in the prior art piezoelectric linear motor is advantageous in comparison with the conventional motors, that he is a small size and a relatively simple one Manufacturing process has a fast working speed is ready, but is problematic in that, as long as the piezoelectric ceramic disc-shaped is to connect a separate elastic plate with this must to achieve a shift, so that its production costs rise and its manufacturing process is complicated. Further are According to the prior art, the movement displacements of movable shaft and the movable element to certain sizes therefore limit and limit the product range in which the engine in proportion to the limited sizes can be used.

[Offenbarung][Epiphany]

[Technisches Problem][Technical problem]

Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die obigen Probleme, die beim Stand der Technik auftreten, getätigt und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung einen piezoelektrischen Linearmotor bereit zu stellen, der eine Schwingungsverschiebung erreichen kann, ohne dass er eine separate elastische Platte benötigt, die mit einer piezoelektrischen Keramik verbunden wird, und eine lineare Schwingungsverschiebung bereitstellen kann, die gegenüber der scheibenförmigen Keramik verbessert ist, so dass ferner den Einsatzbereich des piezoelektrischen Linearmotors erweitert wird, indem die Bewegungseffizienz des piezoelektrischen Linearmotors gesteigert wird.Accordingly the present invention has been made in view of the above problems, which occur in the state of the art, and it is a The aim of the present invention is a piezoelectric linear motor to provide that can achieve a vibration shift, without needing a separate elastic plate, which is connected to a piezoelectric ceramic, and a can provide linear vibration displacement opposite the disc-shaped ceramic is improved, so that further the field of application of the piezoelectric linear motor is extended, by the motion efficiency of the piezoelectric linear motor is increased.

[Vorteilhafte Effekte][Advantageous Effects]

Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung mit obiger Konstruktion dahingehend vorteilhaft, dass es nicht notwendig ist eine separate elastische Platte bereit zu stellen, um eine Schwingungsverschiebung zu erreichen, vielmehr wird alleine eine piezoelektrische Keramik in einer Kuppelform gebildet, daher wird der ansonsten durch die Befestigung eines elastischen Körpers komplizierte Herstellungsprozess vereinfacht, und die Herstellungskosten werden gesenkt, und dadurch, dass die Schwingungsverschiebung oder der Einsatzumfang des piezoelektrischen Linearmotors, verglichen mit dem Fall, bei dem eine herkömmliche scheibenförmige Keramik verwendet wird, verbessert werden kann, kann die Produktpalette, in denen der Motor verwendet wird, daher ferner erweitert werden.Accordingly is the present invention with the above construction to the effect advantageous that it is not necessary a separate elastic Plate ready to achieve a vibration shift, Rather, a piezoelectric ceramic alone becomes a dome shape is formed, therefore, the otherwise by the attachment of an elastic Body simplifies complex manufacturing process, and the manufacturing costs are reduced, and in that the vibration displacement or the scope of the piezoelectric linear motor, compared with the case where a conventional disk-shaped Ceramic is used, can be improved, the product range, in which the engine is used, therefore, be further extended.

[Beschreibung der Zeichnungen][Description of the drawings]

1(a) bis 1(c) sind konzeptionelle Ansichten, die die Prinzipien der Anordnung der Verschiebung eines typischen piezoelektrischen Motors zeigen; 1 (a) to 1 (C) are conceptual Ansich Figures showing the principles of the arrangement of displacement of a typical piezoelectric motor;

2 ist eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 Fig. 10 is a sectional view of a piezoelectric linear motor according to the present invention;

3 ist eine seitliche Schnittansicht einer piezoelektrischen Keramik zur Beschreibung der Prinzipien der Verschiebungserzeugung eines piezoelektrischen Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung; 3 Fig. 12 is a sectional side view of a piezoelectric ceramic for describing the principles of displacement generation of a piezoelectric linear motor according to the present invention;

4(a) und (b) sind Ansichten, die die Simulationsergebnisse der Verschiebung eines piezoelektrischen Linearmotors in einer axialen Richtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; 4 (a) and (b) are views showing the simulation results of displacement of a piezoelectric linear motor in an axial direction according to the present invention;

5(a) und 5(b) sind Ansichten, die die Simulationsergebnisse der Verschiebung eines piezoelektrischen Linearmotors in entgegengesetzter axialer Richtung, gemäß der vorliegenden Erfindung, zeigen; 5 (a) and 5 (b) Figs. 10 are views showing the simulation results of displacement of a piezoelectric linear motor in the opposite axial direction according to the present invention;

6 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenbewegung einer Spannung zeigt, die angelegt wird, um einen piezoelektrischen Linearmotor, gemäß der vorliegenden Erfindung, anzutreiben; und 6 Fig. 12 is a graph showing the wave motion of a voltage applied to drive a piezoelectric linear motor according to the present invention; and

7 ist eine graphische Darstellung, die die experimentellen Werte zeigt, die durch das Messen der Bewegungsverschiebungen von den Mittelabschnitten einer herkömmlichen scheibenförmigen piezoelektrischen Keramik und der kuppelförmigen Keramik der vorliegenden Erfindung erhalten wurden. 7 Fig. 12 is a graph showing the experimental values obtained by measuring the movement displacements from the center portions of a conventional disc-shaped piezoelectric ceramics and the dome-shaped ceramics of the present invention.

[Bestmögliche Betriebsweise][Best possible operation]

Um das obige Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen piezoelektrischen Linearmotor für eine erhöhte Verschiebung bereit, der eine kuppelförmige piezoelektrische Keramik umfasst, die so entwickelt wurde, dass die verschiedenen Elektroden auf den gegenüberliegenden Flächen der piezoelektrischen Keramik ausgebildet sind, eine Schwingungswelle, die an einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Keramik befestigt ist, und ein bewegliches Element, das linear durch Reibung mit der Schwingungswelle angetrieben wird, indem es mit der Schwingungswelle in Kontakt kommt. Der piezoelektrische Linearmotor kann ferner eine Halterung umfassen, um die Verschiebung der piezoelektrischen Keramik zu begrenzen, die in seiner Umfangsrichtung zu einer vorbestimmten Größe ausgebildet ist, so dass sie die piezoelektrische Keramik trägt.Around To achieve the above object, the present invention provides piezoelectric linear motor for an increased Ready to shift, which is a dome-shaped piezoelectric Includes ceramic that has been developed to be different Electrodes on the opposite surfaces are formed of the piezoelectric ceramic, a vibration wave, on a first surface of the piezoelectric ceramic is fixed, and a movable element that is linear by friction is driven by the vibration wave by connecting it with the vibration wave comes into contact. The piezoelectric linear motor may further include a Holder include to the displacement of the piezoelectric ceramic to limit in its circumferential direction to a predetermined Size is formed so that they are the piezoelectric Ceramic wears.

Vorzugsweise kann, wenn sich die Schwingungswelle bewegt, sich das bewegliche Element in eine Bewegungsrichtung der Schwingungswelle bewegen, falls eine Trägheitskraft des beweglichen Elements kleiner ist, als die Reibungskraft zwischen dem beweglichen Element und der Schwingungswelle.Preferably can, when the vibration wave moves, the movable Move element in a direction of movement of the vibration wave, if an inertial force of the movable member is smaller is, as the frictional force between the movable element and the vibration wave.

Vorzugsweise können das bewegliche Element und die Schwingungswelle so gestaltet sein, dass eine bestimmte Reibungskraft an der Kontaktstelle zwischen dem beweglichen Element und der Schwingungswelle durch ein vorgegebenes Andrückelement beibehalten wird.Preferably can the moving element and the vibration wave be designed so that a certain frictional force at the contact point between the movable element and the oscillation shaft a predetermined pressure element is maintained.

Nachstehend werden ausführlich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die anhängigen Zeichnungen beschrieben. Nun soll auf die Zeichnungen verwiesen werden, in denen durchwegs in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Bezugsziffern verwendet werden, um die gleichen oder ähnliche Bauelemente zu kennzeichnen.below Be detailed embodiments of the present Invention with reference to the attached drawings. Now reference should be made to the drawings in which consistently the same reference numbers are used in the various drawings to identify the same or similar components.

1(a) bis 1(c) sind konzeptionelle Ansichten, die die Prinzipien der Anordnung der Verschiebung eines typischen piezoelektrischen Linearmotors zeigen. 1 (a) to 1 (C) FIG. 4 are conceptual views showing the principles of displacement disposition of a typical piezoelectric linear motor.

1(a) zeigt eine piezoelektrische Keramik 10, die in der axialen Richtung (Pfeilrichtung) polarisiert ist. Sobald ein elektrisches Feld U angelegt wird, um Elektroden an der oberen Fläche und am Boden der piezoelektrischen Keramik 10 zu bilden, wird aufgrund des umgekehrten piezoelektrischen Effekts auf die piezoelektrische Keramik 10 eine Druckkraft oder ein Zugkraft angelegt. 1 (a) shows a piezoelectric ceramic 10 which is polarized in the axial direction (arrow direction). Once an electric field U is applied to electrodes on the top surface and bottom of the piezoelectric ceramic 10 is due to the reverse piezoelectric effect on the piezoelectric ceramic 10 applied a compressive force or a tensile force.

Dann ist die Polarisationsausrichtung der piezoelektrischen Keramik 10, aufgrund der Anwendung des elektrischen Feldes U, identisch mit der Ausrichtung des elektrischen Feldes, wobei die piezoelektrische Keramik 10 in ihrer Umlaufrichtung ausgedehnt ist, solange sie in ihrer axialen Richtung zusammengezogen ist. Zu diesem Zeitpunkt hat die Oberfläche der piezoelektrischen Keramik 10, an die die elastische Platte 20 angebracht ist, in der Umlaufrichtung weniger Kontraktionsverschiebung, als bei der Oberfläche, bei der keine elastische Platte angebracht ist, da die piezoelektrische Keramik 10 durch eine elastische Platte 20 ausgedehnt ist. Als Ergebnis, wie in 1(b) gezeigt, erzeugt eine Kombinationsstruktur von elastischer Platte 20 und piezoelektrischer Keramik 10 eine Verschiebung, so dass die Kombinationsstruktur sich in Richtung der piezoelektrischen Keramik 10 krümmt, und die maximale Verschiebung im Zentrum des Unimorphs erzeugt.Then the polarization orientation of the piezoelectric ceramic is 10 due to the application of the electric field U, identical to the orientation of the electric field, wherein the piezoelectric ceramic 10 is extended in its circumferential direction as long as it is contracted in its axial direction. At this time, the surface of the piezoelectric ceramic has 10 to which the elastic plate 20 is mounted, less in the circumferential direction contraction displacement, as in the surface in which no elastic plate is attached, since the piezoelectric ceramic 10 through an elastic plate 20 is extensive. As a result, as in 1 (b) shown, produces a combination structure of elastic plate 20 and piezoelectric ceramics 10 a shift, so that the combination structure is in the direction of the piezoelectric ceramic 10 bends, and produces the maximum displacement in the center of the unimorph.

Demgegenüber ist die piezoelektrische Keramik 10 in ihrer Umlaufrichtung, solange sie in ihrer axialen Richtung ausgedehnt ist, zusammengezogen, wenn die Polarisationsausrichtung der piezoelektrischen Keramik 10, aufgrund der Anwendung des elektrischen Feldes U, entgegengesetzt der Ausrichtung des elektrischen Feldes ist. Zu diesem Zeitpunkt hat, entgegengesetzt zum obigen Fall, die Oberfläche der piezoelektrischen Keramik 10, an die die elastische Platte 20 angebracht ist, in der Umlaufrichtung weniger Ausdehnungsverschiebung, als bei der Oberfläche, bei der keine elastische Platte angebracht ist. Als Ergebnis, wie in 1(c) gezeigt, erzeugt eine Kombinationsstruktur von elastischer Platte 20 und der piezoelektrischen Keramik 10 eine Verschiebung, so dass die Kombinationsstruktur sich in Richtung der elastischen Platte 20 krümmt, und die maximale Verschiebung im Zentrum des Unimorphs erzeugt.In contrast, the piezoelectric ceramic 10 in its circulating direction, as long as it is extended in its axial direction, contracted when the polarization orientation of the piezoelectric ceramic 10 due to the application of the electric field U, opposite to the off direction of the electric field. At this time, contrary to the above case, the surface of the piezoelectric ceramic has 10 to which the elastic plate 20 is mounted, in the circumferential direction less expansion displacement, as in the surface in which no elastic plate is attached. As a result, as in 1 (C) shown, produces a combination structure of elastic plate 20 and the piezoelectric ceramic 10 a shift, so that the combination structure is in the direction of the elastic plate 20 bends, and produces the maximum displacement in the center of the unimorph.

Wie oben beschrieben, kann man feststellen, dass die elastische Platte 20 hauptsächlich neben der piezoelektrischen Keramik 10 erforderlich ist, um eine Schwingungsverschiebung in der scheibenförmigen piezoelektrischen Keramik 10 zu erreichen. Demgegenüber ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Keramik in Form einer Kuppel ausgebildet ist und daher kann eine Schwingungsverschiebung gewährleistet werden, indem nur der keramische Teil selbst verwendet wird ohne das eine separate elastische Platte benötigt wird. In der folgenden Beschreibung werden die Prinzipien des Antriebs des piezoelektrischen Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben, das heißt, es werden zuerst die wesentlichen Bauelemente des piezoelektrischen Linearmotors der vorliegenden Erfindung beschrieben, und danach werden die Antriebsprinzipien des Motors auf Basis der Bewegungsbahnen einer Schwingungswelle und eines beweglichen Elements beschrieben, die durch die Anwendung einer wellenförmigen Spannung erreicht wird.As described above, one can notice that the elastic plate 20 mainly next to the piezoelectric ceramic 10 is required to vibrational displacement in the disc-shaped piezoelectric ceramic 10 to reach. In contrast, the present invention is characterized in that the piezoelectric ceramic is formed in the form of a dome, and therefore vibration displacement can be ensured by using only the ceramic part itself without requiring a separate elastic plate. In the following description, the principles of driving the piezoelectric linear motor according to the present invention will be described in detail, that is, the essential components of the piezoelectric linear motor of the present invention will first be described, and then the driving principles of the motor based on the trajectories of a vibration wave and a movable element, which is achieved by the application of a wave-shaped voltage.

2 veranschaulicht den Schnitt eines piezoelektrischen Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 illustrates the section of a piezoelectric linear motor according to the present invention.

Die piezoelektrische Keramik 100 ist in Form einer Kuppel ausgebildet, wobei auf den gegenüberliegenden Flächen verschiedene Elektroden ausgebildet sind, und in solch einer Art und Weise schwingt, dass die piezoelektrische Keramik 100 in der axialen Richtung hervorsteht oder eingezogen ist, je nach Änderung der Spannungspolaritäten, die an den gegenüberliegenden Flächen der Keramik 100 angelegt werden.The piezoelectric ceramic 100 is formed in the form of a dome, wherein on the opposite surfaces different electrodes are formed, and vibrates in such a manner that the piezoelectric ceramic 100 protruding or contracted in the axial direction, depending on the change in Spannungspolaritäten, on the opposite surfaces of the ceramic 100 be created.

In diesem Fall werden die Prinzipien der Schwingungserzeugung in der kuppelförmigen piezoelektrischen Keramik (oder Prinzipien der Schwingungsverschiebung) detailliert Unten, mit Verweis auf die Zeichnungen, beschrieben.In In this case, the principles of vibration generation in the dome-shaped piezoelectric ceramic (or principles the vibration shift) detailed below, with reference to the Drawings, described.

Mit Verweis auf 3, veranschaulicht diese schematisch die Richtung einer Kraft, die an der kuppelförmigen piezoelektrischen Keramik angelegt wird, die der piezoelektrische Motor bildet.With reference to 3 Fig. 12 schematically illustrates the direction of a force applied to the dome-shaped piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric motor.

Dann wird die piezoelektrische Keramik geformt, der piezoelektrische Motor wird in der axialen Richtung zusammengedrückt und in der Umlaufrichtung ausgedehnt, und daher wird die Dichte der Kuppel erhöht, Druckkräfte werden, aufgrund benachbarter winziger Elemente, an winzige Elemente angelegt, wobei diese um die Welle ausgebildet sind und eine Resultierende der Druckkräfte in Richtung des Vorsprungs wirkt, und infolgedessen bewirkt, dass die Mitte der piezoelektrischen Keramik übersteht. 3 veranschaulicht einen seitlichen Schnitt der piezoelektrischen Keramik 100, wobei aber die oben betrachtete Form der Keramik 100 eine konzentrische Scheibenform ist, so dass gezeigt werden kann, dass die winzigen Elemente, die um die Achse ausgebildet sind, in einer Ringform zur Mitte der Achse angeordnet sind. In diesem Fall können die Simulationsergebnisse, die auf der Annahme erfolgten, dass keine separaten Dehnungszustände auf der piezoelektrischen Keramik existieren, in 4(a) bestätigt werden, und die Simulationsergebnisse die im dreidimensionalen Raum betrachtet wurden, können in 4(b) bestätigt werden.Then, the piezoelectric ceramic is molded, the piezoelectric motor is compressed in the axial direction and expanded in the circumferential direction, and therefore the density of the dome is increased, compressive forces are applied to minute elements due to adjacent minute elements formed around the shaft and a resultant of the compressive forces acts in the direction of the projection, and as a result causes the center of the piezoelectric ceramic to protrude. 3 illustrates a lateral section of the piezoelectric ceramic 100 , but the above considered form of the ceramic 100 is a concentric disk shape, so that it can be shown that the minute elements formed around the axis are arranged in a ring shape toward the center of the axis. In this case, the simulation results, which were made on the assumption that there are no separate strain states on the piezoelectric ceramics, in FIG 4 (a) can be confirmed, and the simulation results that were considered in three-dimensional space, can in 4 (b) beeing confirmed.

Danach wird die piezoelektrische Keramik geformt, der piezoelektrische Motor wird in der axialen Richtung ausgedehnt und in der Umlaufrichtung zusammengedrückt, und daher wird die Dichte der Kuppel verringert, Kräfte entgegengesetzt denen in 3, werden an winzige Elemente angelegt, wobei diese um die Welle ausgebildet sind, und eine Resultierende der Kräfte wirkt infolgedessen in eine Richtung entgegengesetzt der Vorsprungsrichtung der Achse, und bewirkt daher, dass sich die Mitte der piezoelektrischen Keramik zurückzieht. Die Simulationsergebnisse die in diesem Fall erfolgten, können in 5(a) und 5(b) bestätigt werden.Thereafter, the piezoelectric ceramic is molded, the piezoelectric motor is expanded in the axial direction and compressed in the circumferential direction, and therefore the density of the dome is reduced, forces opposite to those in FIG 3 are applied to minute elements, which are formed around the shaft, and a resultant force acts as a result in a direction opposite to the projection direction of the axis, and therefore causes the center of the piezoelectric ceramic to retract. The simulation results in this case can be found in 5 (a) and 5 (b) beeing confirmed.

Die Schwingungswelle 200 ist an der ersten Oberfläche der piezoelektrischen Keramik 100 so befestigt, dass sie sich zusammen mit der Verschiebung der piezoelektrischen Keramik 100 bewegt. Typischerweise muss die Schwingungswelle 200 an der Oberfläche befestigt werden, die gegenüber der Oberfläche liegt, auf der der Rahmen 500 oder das Gehäuse angeordnet ist, weil die erste Oberfläche der piezoelektrischen Keramik 100 bevorzugt dem Rahmen 500 oder dem Gehäuse (in der Zeichnung nicht gezeigt) des Motors gegenüber liegt.The oscillation wave 200 is on the first surface of the piezoelectric ceramic 100 so fastened that they get along with the displacement of the piezoelectric ceramic 100 emotional. Typically, the vibration wave must 200 be attached to the surface, which lies opposite the surface on which the frame 500 or the housing is disposed because the first surface of the piezoelectric ceramic 100 preferably the frame 500 or the housing (not shown in the drawing) of the motor opposite.

Das bewegliche Element 300 wird durch Reibung mit der Schwingungswelle angetrieben, sobald es die Schwingungswelle 200 berührt. Auf dem Kontaktbereich zwischen dem beweglichen Element 300 und der Schwingungswelle 200 wird vorzugsweise eine bestimmte Reibungskraft beibehalten, indem ein vorgegebenes Andrückelement, wie beispielsweise eine Feder oder ein Bolzen, verwendet wird.The moving element 300 is driven by friction with the vibration shaft as soon as there is the vibration wave 200 touched. On the contact area between the movable element 300 and the vibration wave 200 Preferably, a certain frictional force is maintained by using a predetermined pressing element, such as a spring or a bolt.

Sobald die mit der piezoelektrischen Keramik 100 verbundene Schwingungswelle 200 bewegt wird, bewegt sich aufgrund der Schwingung der piezoelektrischen Keramik 100 das bewegliche Element 300 in die Bewegungsrichtung der Schwingungswelle, falls die Trägheitskraft des beweglichen Elements 300 geringer ist, als die Reibungskraft zwischen diesem und der Schwingungswelle 200; andernfalls bewegt sich das bewegliche Element 300 nicht, allerdings bewegt sich lediglich die Schwingungswelle 200. Nachstehend werden die Prinzipien des Antriebs des piezoelektrischen Linearmotors, der durch das Zusammenwirken zwischen Schwingungswelle 200 und beweglichem Element 300 funktioniert, detailliert beschrieben. In diesem Fall geht man davon aus, dass zum Antrieb eine Sägezahnspannung, wie in 6 gezeigt, am piezoelektrischen Linearmotor der vorliegenden Erfindung angelegt wird.Once the with the piezoelectric ceramic 100 connected oscillation wave 200 is moved, moves due to the vibration of the piezoelectric ceramic 100 the movable element 300 in the direction of movement of the vibration wave, if the inertial force of the movable element 300 is less than the frictional force between it and the vibration wave 200 ; otherwise the moving element will move 300 not, but only the vibration wave moves 200 , The following are the principles of driving the piezoelectric linear motor caused by the interaction between the vibration wave 200 and movable element 300 works, described in detail. In this case, it is assumed that to drive a sawtooth voltage, as in 6 is applied to the piezoelectric linear motor of the present invention.

Sobald die Sägezahnspannung an die piezoelektrische Keramik 100 angelegt wird, bewegt sich die Schwingungswelle auf der piezoelektrischen Keramik 100 in die Vorsprungsrichtung, allerdings in Intervallen bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit während dessen sich die Spannung bei niedriger Geschwindigkeit verändert (a → b, c → d, und e → f) (diese Intervalle werden als Intervall A bezeichnet). Demgemäß wird die Reibungskraft zwischen der Schwingungswelle 200 und dem beweglichen Element 300 größer als die Trägheitskraft des beweglichen Elements 300, und bewirkt daher, dass sich die Schwingungswelle 200 und das bewegliche Element 300 gemeinsam bewegen.Once the sawtooth voltage to the piezoelectric ceramic 100 is applied, the vibration wave moves on the piezoelectric ceramic 100 in the projection direction, but at intervals at a relatively low speed during which the voltage changes at low speed (a → b, c → d, and e → f) (these intervals are referred to as interval A). Accordingly, the friction force between the vibration shaft becomes 200 and the movable element 300 greater than the inertial force of the movable element 300 , and therefore causes the oscillation wave 200 and the movable element 300 move together.

Demgegenüber bewegt sich die Schwingungswelle 200 auf der piezoelektrischen Keramik 100, während dessen sich die Spannung in Intervallen bei hoher Geschwindigkeit (b → c und d → e) (diese Intervalle werden als Intervall B bezeichnet) verändert, in die entgegengesetzte Richtung zur Vorsprungsrichtung der Schwingungswelle, allerdings bei einer relativ hohen Geschwindigkeit. Demgemäß wird die Trägheitskraft des beweglichen Elements 300 größer als die Reibungskraft zwischen der Schwingungswelle 200 und dem beweglichen Element 300 und bewirkt daher, dass sich, solange die Schwingungswelle 200 durch das bewegliche Element 300 schlüpft, nur die Schwingungswelle 200 bewegt.In contrast, the vibration wave moves 200 on the piezoelectric ceramic 100 during which the tension changes in high-speed intervals (b → c and d → e) (these intervals are referred to as interval B) in the opposite direction to the direction of projection of the vibration wave but at a relatively high speed. Accordingly, the inertial force of the movable member 300 greater than the frictional force between the vibration shaft 200 and the movable element 300 and therefore causes, as long as the vibration wave 200 through the movable element 300 hatches, only the oscillation wave 200 emotional.

Infolgedessen ist die Bewegungsverschiebung des beweglichen Elements 300, da das Intervall A und das Intervall B wiederholt werden, akkumuliert, und das bewegliche Element 300 bewegt sich daher in Richtung Überstand. Falls eine Spannung angelegt wird, die hinsichtlich der Sägezahnwelle von 6 eine Phasenverschiebung von 180° hat, wird die Bewegungsverschiebung des beweglichen Elements 300 in die entgegengesetzte Richtung zur Überstandsrichtung akkumuliert, und das bewegliche Element 300 bewegt sich daher in die Richtung entgegengesetzt zur Überstandsrichtung.As a result, the movement displacement of the movable element 300 since the interval A and the interval B are repeated, accumulated, and the movable element 300 therefore moves towards the supernatant. If a voltage is applied with respect to the sawtooth wave of 6 has a phase shift of 180 °, the movement displacement of the movable element 300 accumulated in the opposite direction to the supernatant direction, and the movable element 300 therefore moves in the direction opposite to the supernatant direction.

Unterdessen kann der piezoelektrische Linearmotor der vorliegenden Erfindung eine Halterung 400 zum Stützen der piezoelektrischen Keramik umfassen, wobei die Halterung 400 am Rahmen 500 oder am Gehäuse mit einem Befestigungselement, wie beispielsweise einem Bolzen 600 oder einer Schraubenmutter 610, angebracht wird. Die Halterung 400 dient auch dazu, die Verschiebung der piezoelektrischen Keramik 100, die in dessen Umlaufrichtung gebildet wird, auf eine vorgegebene Größe zu begrenzen und kann daher ferner die axiale Verschiebung in der Mitte der piezoelektrischen Keramik 100 vergrößern.Meanwhile, the piezoelectric linear motor of the present invention can be a holder 400 for supporting the piezoelectric ceramic, wherein the holder 400 at the frame 500 or on the housing with a fastener, such as a bolt 600 or a nut 610 , is attached. The holder 400 also serves to shift the piezoelectric ceramic 100 , which is formed in the circumferential direction thereof, to limit to a predetermined size and therefore can further the axial displacement in the center of the piezoelectric ceramic 100 enlarge.

Schließlich werden die Betriebsweisen des piezoelektrischen Linearmotors der vorliegenden Erfindung, der die kuppelförmige piezoelektrische Keramik verwendet und der herkömmliche piezoelektrische Linearmotor, der eine scheibenförmige piezoelektrische Keramik verwendet, mit Verweis auf 7 miteinander verglichen. 7 ist eine graphische Darstellung, die die experimentellen Werte zeigt, die durch das Messen der Bewegungsverschiebungen an den Mittelabschnitten der scheibenförmigen piezoelektrischen Keramik und der kuppelförmigen Keramik erhalten wurden, wobei jeder beim Verwenden eines Interferometers eine Abmessung von 28 pi und 2 t hat. Man kann aus 7 erkennen, dass, während die Intensität des elektrischen Feldes steigt, ein bemerkenswerter Unterschied zwischen der maximalen Spitzenverschiebung der kuppelförmigen piezoelektrischen Keramik und der maximalen Spitzenverschiebung der scheibenförmigen piezoelektrischen Keramik auftritt.Finally, the operations of the piezoelectric linear motor of the present invention using the dome-shaped piezoelectric ceramic and the conventional piezoelectric linear motor using a disc-shaped piezoelectric ceramic will be referred to with reference to FIG 7 compared to each other. 7 Fig. 12 is a graph showing the experimental values obtained by measuring the movement displacements at the central portions of the disc-shaped piezoelectric ceramics and the dome-shaped ceramics, each having a dimension of 28 pi and 2 t when using an interferometer. You can go out 7 recognize that as the intensity of the electric field increases, a remarkable difference occurs between the maximum peak displacement of the dome-shaped piezoelectric ceramic and the maximum peak displacement of the disc-shaped piezoelectric ceramic.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung offenbart wurden, wird es der Durchschnittsfachmann verstehen, dass mehrere Modifikationen möglich sind, ohne über den Schutzbereich und den Geist der Erfindung hinauszugehen. Daher wird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch die begleitenden Ansprüche und dessen Äquivalenten festgelegt.Even though the preferred embodiments of the present invention For purposes of illustration, it will be understood by one of ordinary skill in the art understand that several modifications are possible without over to go beyond the scope and spirit of the invention. Therefore the scope of the present invention is indicated by the accompanying Claims and their equivalents.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- KR 10-0443638 [0004]

Claims

Piezoelectric linear motor, which increased one Providing a shift comprising: a dome-shaped Piezoelectric ceramic, which is manufactured so that the different Electrodes on the opposite surfaces the piezoelectric ceramic are formed; a vibration wave, on a first surface of the piezoelectric ceramic so fastened together with the displacement of the piezoelectric ceramic moves; and a moving element, which is linearly driven by friction with the vibration shaft, when it comes in contact with the vibration wave.

Piezoelectric linear motor according to claim 1, further comprising a holder, which in the circumferential direction of the piezoelectric Ceramic is formed to the displacement of the piezoelectric To limit ceramics to a predetermined size, while carrying the piezoelectric ceramic.

Piezoelectric linear motor according to claim 1, wherein the movable member and the vibration wave designed so are that a certain frictional force at the contact point between the movable element and the vibration wave by a predetermined Pressure element is maintained.

Piezoelectric linear motor according to the Claims 1 to 3, wherein the movable element in moves a direction of movement of the vibration wave, if an inertial force of the movable element is smaller than the frictional force between the movable element and the vibration wave when the vibration wave emotional.