具有振动壳体的旋转式压电马达制造技术

本发明专利技术涉及一种压电马达，具有：定子(1)，绕旋转轴(5)旋转的转子，以及由定子(1)保持并驱动转子的至少一个压电元件(20、21)，本发明专利技术的目的是提高压电马达的机械可靠性和功效。本发明专利技术达成上述目的的解决方案是压电元件(20、21)布置在振动壳体(8)中，该振动壳体相对于定子(1)绕枢转轴(16)振动。

Rotating Piezoelectric Motor with Vibrating Shell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有振动壳体的旋转式压电马达
本专利技术涉及一种压电马达，其具有定子、绕旋转轴旋转的转子和由定子保持并驱动转子的至少一个压电元件。
技术介绍
WO2012/022443A1已揭示这种压电马达。在该文献中，压电元件与驱动指形件相互作用，该驱动指形件以其自由端使压在转子内圈表面上的驱动爪移动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提高压电马达的机械可靠性和性能。本专利技术用以实现上述目的的技术方案是将压电元件布置在振动壳体中，该振动壳体相对于定子绕枢转轴振动。实际上，定子可以呈杯形构造。振动壳体同样可以呈杯形构造并以能绕与转子的旋转轴平行的轴线枢转的方式布置在定子上。换言之，振动壳体具有至少一个圆盘形顶面。这种圆盘形顶面为振动壳体提供了极高的刚度。需要这种刚度将压电晶体产生的运动稳妥地传递到转子。实际上，振动壳体能够绕枢转轴振动，该枢转轴与转子的旋转轴平行并与其径向偏置。如下所述，这种布置在压电元件的驱动运动传递到振动壳体时产生非常有利的杠杆条件。振动壳体形成将压电元件的驱动运动传递到转子的力传递元件。下面说明将振动壳体的运动传递到转子的优选力传递机制。压电元件实际上可以是叠层致动器。该叠层致动器可以由相继封装的多个压电陶瓷层组成，其中两个封装之间均布置有导热板。导热板可以通向定子并有效地消散压电陶瓷中产生的热量。具体而言，实际上，叠层致动器由堆叠的压电陶瓷层组成，这些压电陶瓷层在两侧均具有电极并经由绝缘层相互分开，其中，堆叠的压电陶瓷层、电极和绝缘层具有开口，散热体贯穿该开口。伸入板状压电陶瓷层的散热体在消散压电陶瓷层内部产生的热量方面特别有效。散热体可以布置在上述导热板上并消散来自叠层致动器内部的热量。导热板可以形成径向延伸的弹簧臂，该弹簧臂固定至内圈。该内圈可以围绕转子的旋转轴。采用这种方式，叠层致动器可以形成能沿圆周方向伸缩的半环，这些叠层致动器有效地在径向延伸的导热板上方保持在原位并朝向转子和定子的轴线向内散热。导热板实际上可以在与压电陶瓷层接触的区域内具有自内向外呈楔形延伸的横截面。这种楔形横截面允许压电陶瓷层的封装能够在基本上平行的表面中沿着一环或半环布置，以便采用这种方式产生扭振。具体而言，当两个叠层致动器从不同的两侧作用于振动壳体时，可以通过对左叠层致动器和右叠层致动器交替施加电压而使其发生振动。实际上，可以在开口与散热体之间的间隙填充导热膏。导热膏广泛用于半导体技术中，用来确保升温的半导体与冷却元件之间良好的热传递。在本专利技术的情况下，导热膏确保压电元件中产生的热量经由散热体散发到导热板。实际上，叠层致动器的压电陶瓷层可以与电压源连接，该电压源以时间延迟的方式向叠层致动器的各个压电陶瓷层施加电压。在某一实例中，两个导热板之间的每个封装可以由十个压电陶瓷层组成。这些压电陶瓷层可以单独接到电压源并相继被施以电压。这样的优点是，并非叠层致动器的全部陶瓷层同时被施以电压并在极高的作用力下经历高度膨胀。而是陶瓷层依次膨胀，从而连贯而平稳地产生它们的冲程和作用力。电压源可以产生频率为500kHz的电压脉冲，该频率远高于振动壳体的谐振频率。实际上，电压脉冲的频率约为谐振频率的十倍。因此，这样很容易就能在谐振范围内产生由以脉冲方式逐步驱动各个陶瓷层引起的振动。实际上，力传递元件经由驱动系统将运动传递到转子，该驱动系统由至少一个驱动爪和齿圈组成，驱动爪啮合到该齿圈中。力传递元件与转子之间形成形状配合连接，因此用于转子的驱动爪可以传递更高的转矩。在下文描述的实施例中，驱动爪固定至振动壳体上，而齿圈位于转子上。当然也可以将驱动爪固定至振动壳体上，而齿圈位于转子上。实际上，驱动爪可以呈弹性构造，并且齿圈由锯齿组成，这些锯齿具有倾斜齿面并具有基本上沿转子的径向方向延伸的固定齿面。驱动爪具有带驱动侧面的相应形状，该驱动侧面在啮合期间抵靠锯齿的固定齿面。这样就能确保大传动力，进而确保作用于转子的大转矩。在驱动爪的反向运动中，其倾斜侧面在齿圈的相应倾斜齿面上滑动，直到再度后接齿圈的固定齿面。实际上，多个驱动爪可以在转子的圆周方向上相互错位布置。压电元件仅产生极小的运动。因此，所述振动壳体尽管实施放大振动幅度的有利杠杆作用，但只有50μm量级的运动。这样的运动可能过小而无法在这类小尺寸构件中形成有效的爪形。相反，例如两个或三个爪均以50μm的距离相互偏置，其中，与这些爪相互作用的齿圈的齿距可以为100μm或150μm。然而，爪随着每次振动运动啮合，因为它们的卡合点(即这些爪的相互偏置的固定齿面后接锯齿的位置)相互分隔50μm，即，按振动幅度的量度。驱动系统可以具有两个不同的齿圈，其中，第一齿圈的固定齿面的面法线指向转子的第一圆周方向，并且第二齿圈的固定齿面的面法线指向转子的反向第二圆周方向。这种构造允许通过爪在转子的两个旋转方向上提供驱动。实际上，驱动系统可以包括脱离件，使用该脱离件能够使驱动爪与齿圈脱离啮合。通过脱离件，可以选择性使与第一齿圈相互作用沿第一旋转方向驱动转子的爪脱离啮合，而使沿第二旋转方向驱动转子的爪与相应的齿圈啮合。当两个爪皆脱离啮合时，转子可以绕转子轴自由旋转。当两个爪皆啮合时，转子以不能旋转的方式固定在定子上。实际上，振动壳体的两侧可以布置有能绕转子轴旋转的驱动盘，至少一个驱动爪固定至该驱动盘。优选地，驱动盘上布置有在圆周方向上偏置的多个驱动爪。驱动盘上也可以布置有多组(三组或四组)驱动爪，它们均匀地分布在转子的圆周上并在转子圆周的不同部位驱动转子。实际上，第一驱动盘的驱动爪可以使转子沿第一旋转方向旋转，而第二驱动盘的驱动爪可以使转子沿相反的第二旋转方向旋转。相应地，在驱动爪所处的区域内，转子在一侧设置有齿圈，其中固定齿面的面法线指向第一圆周方向。在第二驱动盘的区域内，转子的齿圈的固定齿面的面法线指向第二圆周方向。作为替换，每个驱动盘的一个或多个驱动爪能沿第一方向驱动，而同一驱动盘的另外一个或多个驱动爪能沿第二方向驱动。止回锁可以与转子连接，以防转子回转。如果借助脱离件改变转子的驱动方向，则止回锁的旋转方向须能改变。由于叠层致动器的压电元件也会产生极小的运动幅度，因此有利的是，所述压电马达具有消除压电元件支撑在定子和振动壳体上的游隙的装置。采用这种方式，确保压电元件的全部作用力和全部伸长行程传递到振动壳体。该装置可以是偏心轮，该偏心轮以能旋转的方式布置在定子的固定块中并且其偏心周面抵靠在叠层致动器末端的压力元件上。因为消除了游隙，当需要增大压电元件的作用力时，还能使得多个叠层致动器上下布置并作用于相同的振动壳体。优选地，每个布置在压电马达中的叠层致动器具有能够单独调节的分立设备来消除游隙。下面将结合附图说明压电马达的具体实施方式。附图说明图1示出本专利技术所述的压电马达的定子壳体的三维视图。图2示出定子壳体与嵌入的振动壳体和处于其中的压电致动器。图3示出内圈，其上布置有放射状导热板，用于形成两个半环形叠层致动器。图4示出两个导热板之间的压电陶瓷板封装的示意性分解图。图5示意性示出对图4中的封装施加电压的时序。图6示出定子壳体与振动壳体的正视图。图7示出沿图6中的剖面线B-B的剖视图。图8示出图6和图7中的定子壳体与振动壳体的三维视图。图9示出图8中的定子壳体与振动壳体，其中驱动盘以能绕转子轴旋转的方式安装。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电马达，具有：·定子(1)，·绕旋转轴(5)旋转的转子(53)，以及·由所述定子(1)保持并驱动所述转子(53)的至少一个压电元件(20、21)，其特征在于，所述压电元件(20、21)布置在振动壳体(8)中，所述振动壳体相对于所述定子(1)绕枢转轴(16)振动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.14 DE 102017102884.61.一种压电马达，具有：·定子(1)，·绕旋转轴(5)旋转的转子(53)，以及·由所述定子(1)保持并驱动所述转子(53)的至少一个压电元件(20、21)，其特征在于，所述压电元件(20、21)布置在振动壳体(8)中，所述振动壳体相对于所述定子(1)绕枢转轴(16)振动。2.根据权利要求1所述的压电马达，其特征在于，所述枢转轴(16)相对于所述转子的旋转轴(5)平行并径向偏置。3.根据权利要求1或2所述的压电马达，其特征在于，所述振动壳体(8)形成将所述压电元件(20、21)的驱动运动传递到所述转子(53)的力传递元件。4.根据前述权利要求中任一项所述的压电马达，其特征在于，所述压电元件是叠层致动器(20、21)。5.根据权利要求4所述的压电马达，其特征在于，所述叠层致动器(20、21)由堆叠的压电陶瓷层(31)组成，所述压电陶瓷层在两侧均具有电极(32、33)并经由绝缘层(34)相互分开，其中，堆叠的压电陶瓷层(31)、电极(32、33)和绝缘层(34)具有开口(35)，散热体(36)贯穿所述开口。6.根据权利要求5所述的压电马达，其特征在于，所述压电马达具有以下特征中的至少一个特征：·散热体(36)布置于导热板(38)上；·所述导热板(38')形成径向延伸的弹簧臂(39)，所述弹簧臂固定至内圈(40)；·所述内圈(40)围绕所述转子(1)的旋转轴(5)；·所述导热板(38')在与所述压电陶瓷层(31)的接触区域内具有自内向外呈楔形延伸的横截面；·导热膏(37)填充所述开口(35)与所述散热体(36)之间的间隙。7.根据权利要求4、5或6所述的压电马达，其特征在于，所述叠层致动器的压电陶瓷层(31)与电压源连接，所述电压源以时间延迟的方式向所述叠层致动器的压电陶瓷层(31)施加电压。8.根据权利要求3至7中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗里德里希约瑟夫·萨赫，
申请(专利权)人：阿斯普雷股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH