用于控制压电电机的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于通过在控制电极上施加周期控制电压(U11，U12)控制一个具有两个控制电极的压电电机的一种方法和一种设备。为了在同时无从动件的移动的情况下通过减少压电电机的一个摩擦件与一个需由该摩擦件驱动的从动件之间的摩擦接触的静摩擦实现对压电电机的简化的调节，在方法的第一步骤中将具有一个相位移的周期控制电压(U11，U12)施加在控制电极上，和在方法的第二步骤中相对第一步骤改变周期控制电压(U11，U12)的振幅比。此外，本发明专利技术提供一种相应的设备，该设备如下地配备，即自动地执行本发明专利技术的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制压电电机的方法和设备
本专利技术涉及用于通过将周期控制电压施加在控制电极上控制具有两个控制电极的压电电机的一种方法和一种设备。本专利技术特别是涉及优选在20kHz以上的频率范围内运行的压电超声波马达的领域。
技术介绍
例如由(图1)US6,747,391B1公知了一种具有两个控制电极的压电电机，所述控制电极由来自两个分离的电源的周期控制电压供电。通常压电电机根据如下原理运行：通过将周期控制电压施加在它的控制电极上产生压电陶瓷元件(执行器)的，有针对性的周期变形。这个变形通过一个所谓的摩擦件(摩擦凸起部(Reibnase))传递到与其摩擦接触的从动件上，以便产生这个从动件的移动。在这种情况下，变形导致摩擦件的特定的运动轨迹，该运动轨迹通常具有一个椭圆形状，其中椭圆的长轴具有沿着从动件应该沿着该方向运动的方向的倾斜。在这种情况下，作为特殊情况椭圆的短轴可以如此之小，即摩擦件的运动轨迹在第一近似中(inersterNaeherung)具有线性的或直线的形状。摩擦件的相应的运动导致一个作用在从动件上的，具有指向从动件的驱动方向的速度分量的，短的动量。相应的，反复发生的动量整体导致从动件的所期望的运动。由于摩擦件和从动件的与其接触的表面(在下文中也称为摩擦面)之间的，局部地和在时间上地变化的传动比或静摩擦比(Haftreibungsverhaeltnis)可能发生：超声波马达的从动件在一次施加具有确定的振幅的电压时如所期望的那样运动，而它在另一次时则停止不动。在这种情况下，最后涉及针对控制电压-速度-特性曲线或传递特性曲线的非线性或滞后。在从动件在确定的控制电压时停止不动的前述情况中传动比或静摩擦比如下，即施加的电压或其振幅不足以从静摩擦中或从它与摩擦面之间的传动比中分离摩擦件或产生相应所需的起动力矩或起动电圧。在这种情况下，存在电压的一个极限振幅(Schwellenamplitude)，在该极限振幅以上与传动比或静摩擦比无关地产生从动件的运动。其中电压的极限振幅通常比较高，由此产生一定的缺点。因为通过高电压首先导致高的能量消耗，然而其次导致由具有摩擦件和从动件的超声波执行器构成的系统内的相应高的能量投入。这个高的能量投入导致由超声波执行器和从动件构成的系统实际上直到从动件的真正的运动为止机械地预紧，和在从动件的运动开始时这个从动件经历一个相应高的，在调节技术上难以控制的加速度，特别是当应该达到仅仅小的调节行程或从动件应该以很小的速度运动时。因为在较高的驱动速度的情况中尽管此外存在的针对传递特性曲线的非线性或滞后依然能够通过控制电压的振幅的变化比较简单地调节超声波马达，而在驱动速度低的情况下，就是说，小于1mm/秒，几乎不能防止电机进入起动力矩或起动电圧的模式中，这最终可能导致震动和定位误差。传递特性曲线的相应高的，在起动电圧的模式中具有所谓的死区的非线性对于压电的超声波马达的位置调节的运行来说构成决定性的(massgeblich)问题。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提供一种用于控制压电电机的方法，通过该方法特别是在驱动速度慢的情况下简化的位置调节成为可能。此外，本专利技术的目的是提供一种用于控制压电电机的相应的设备。根据本专利技术的第一观点，上述目的通过根据权利要求1所述的方法得以实现。公开了一种用于通过在控制电极上施加周期控制电压控制一个具有至少两个控制电极的压电电机的方法，其中在该方法的第一步骤中将具有相位移的周期控制电压施加在控制电极上和在该方法的第二步骤中相对第一步骤改变周期控制电压的振幅比。两个周期控制电压之间的相位移在方法的第一步骤中导致摩擦件基本上顺着需驱动的从动件的运动轨迹振动，使得驱动与从动之间的摩擦接触从它的静摩擦中分离(所谓的补偿振动)。与两个控制电极的同相激发不同-该激发在一个大幅偏心的，具有它的长轴的椭圆轨迹上垂直于摩擦面对摩擦件的振动进行导向-，相移的控制此外具有几乎不存在的或较低的，垂直于摩擦面的振动分力(Schwingungskomponente)的优点，这显著减少了从动的妨碍的固有振动的激发。在方法的第二步骤中，为了调节从动件的移动，通过改变周期控制电压的振幅比相对第一步骤改变摩擦件的振动轨迹的倾斜。非线性的静摩擦过渡的和特别是传递特性曲线的与此相关的滞后的减少等于调节对象(Regelstrecke)的线性化，使得因此相对迄今为止的方法达到决定性的改进。根据实际经验一种类似的现象是众所周知的：定位在一个振动的底座(例如洗衣机，行驶的车辆的仪表板，等等)上的物体可以利用最小的力的作用相对底座运动，因为由于底座的震动在物体与底座之间不或存在小得可忽略不计的粘附力。从属权利要求的内容是本专利技术的有益的发展设计。优选在方法的第一步骤中如下地调节周期控制电压的相位移和/或振幅比，即为了顺着与需由摩擦件驱动的从动件的摩擦面基本上正切地或精确正切地伸展的振动轨迹振动激发压电电机的一个摩擦件。摩擦件的振动轨迹在方法的第一步骤中优选水平地和/或与纵向边缘侧和/或与压电陶瓷元件(执行器)的平坦面的至少一个平行地伸展。如果从动件在一个水平的运动轨迹上移动和没有偏转的力起作用的话，该从动件在这个情况中处于顺着它的运动自由度的力平衡中并且立刻与摩擦件几乎无接触地浮动，而不运动。在“悬浮状态”中从动件处于力平衡中，就是说，顺着从动件的运动自由度起作用的力的总和相加为零。在这个所谓的“悬浮状态”中一个极小的动量已经足以使从动件沿着一个确定的方向运动。由于摩擦件的振动轨迹的长轴的，通过调节周期控制电压的振幅比达到的微小倾斜，从动件也可以从这个所谓的“悬浮状态”中以小的速度在短的距离上运动。因此从动件的定位误差也可以在调节行程小和/或速度小的情况下降低到最小程度。可以有利的是：在方法的第一步骤中如下地调节周期控制电压的相位移和/或振幅比，即压电电机的一个摩擦件与一个需由该摩擦件驱动的从动件之间的摩擦接触从它的静摩擦中分离，而不同时产生从动件的移动。在本专利技术的范围内不仅考虑到简单的情况，即需驱动的从动件的摩擦面或运动轨迹精确地水平定向和无偏转的力作用在需驱动的从动件上。然而例如重力或其他的力(例如通过弹簧的预紧力)可以作用在从动件上，例如，当从动件的摩擦面或运动轨迹是倾斜的时候。反相地激发具有相同频率(例如156kHz)和振幅(就是说，振幅比＝1)的控制电极(相位移＝180°)将驱动与从动之间的摩擦接触从静摩擦中分离。从动件由于偏转的力运动，因为在解除静摩擦时顺着从动件的运动自由度起作用的力的总和不等于零。通过利用周期控制电压的一个确定的振幅比和/或一个确定的相位移有针对性地控制控制电极可以补偿这个偏转的力，使得顺着从动件的运动自由度作用在从动件上的力相加为零。因此根据各超声波马达系统在必要时需要调整需施加在控制电极上的控制电压的相位移和/或振幅比，以产生克服偏转的力的力，使得从动件在无移动的情况下保持在“悬浮状态”中。此外可以有益的是：在方法的第二步骤中如下地相对第一步骤改变周期控制电压的相位移和/或振幅比，即摩擦件的振动轨迹与第一步骤相比倾斜和因此产生从动件的移动。通过这种方式可以影响从动件的速度和运动方向。此外，可以证明为有意义的是：在方法的第一步骤中和/或在第二步骤中将具有恒定的相位移的周期控制电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过在控制电极(11，12)上施加周期控制电压控制具有至少两个控制电极(11，12)的压电电机(1)的方法，其中在该方法的第一步骤中将具有相位移的周期控制电压(U11，U12)施加在控制电极(11，12)上和在该方法的第二步骤中相对第一步骤改变周期控制电压(U11，U12)的振幅比，其特征在于：在方法的第一步骤中如下地调节周期控制电压(U11，U12)的相位移和/或振幅比，即在不同时产生从动件(15)的移动的情况下减少压电电机(1)的摩擦件(14)与需由该摩擦件(14)驱动的从动件(15)之间的摩擦接触的静摩擦，和在方法的第二步骤中如下地相对第一步骤改变周期控制电压(U11，U12)的相位移和/或振幅比，即摩擦件(14)的振动轨迹与第一步骤相比倾斜和因此产生从动件(15)的移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.08 DE 102014225154.01.一种用于通过在控制电极(11，12)上施加周期控制电压控制具有至少两个控制电极(11，12)的压电电机(1)的方法，其中在该方法的第一步骤中将具有相位移的周期控制电压(U11，U12)施加在控制电极(11，12)上和在该方法的第二步骤中相对第一步骤改变周期控制电压(U11，U12)的振幅比，其特征在于：在方法的第一步骤中如下地调节周期控制电压(U11，U12)的相位移和/或振幅比，即在不同时产生从动件(15)的移动的情况下减少压电电机(1)的摩擦件(14)与需由该摩擦件(14)驱动的从动件(15)之间的摩擦接触的静摩擦，和在方法的第二步骤中如下地相对第一步骤改变周期控制电压(U11，U12)的相位移和/或振幅比，即摩擦件(14)的振动轨迹与第一步骤相比倾斜和因此产生从动件(15)的移动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在方法的第一步骤中如下地调节周期控制电压(U11，U12)的相位移和/或振幅比，即为了顺着与需由摩擦件(14)驱动的从动件(15)的摩擦面(17)基本上正切地或精确正切地伸展的振动轨迹振动激发压电电机(10)的摩擦件(14)。3.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于：在方法的第一步骤中和/或在第二步骤中将具有恒定的相位移的周期控制电压(...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫·施蒂贝尔，阿列克谢·维什涅夫斯基，迪特尔·维内克，库尔特·辛斯克，
申请(专利权)人：物理仪器PI两合有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE