机电致动器，机电致动器的电励磁方法以及超声波电机技术

用于超声波电机的机电致动器(1)，所述致动器(1)具有板(2)的形状，所述板(2)包含两个主表面(3)和将主表面(3)相互连接的侧表面(4)，以及两个形状相同的电极(6、7)，电极(6、7)在第一主表面上相互对称布置，从而限定对称轴线S，并且在第二主表面上至少布置有一个电极(8)，其中板(2)包含机电材料，其包含单个或多晶压电陶瓷，其压电常数d

Electromechanical actuator, electric excitation method of electromechanical actuator and ultrasonic motor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机电致动器，机电致动器的电励磁方法以及超声波电机
本专利技术涉及机电致动器、用于机动致电器的电励磁方法以及超声波电机。
技术介绍
压电材料具有将电能转换成机械能并且反之亦然的特征，并因此具有机电性质。这些材料用于许多不同
的各种传感器和致动器设备中。明确的压电陶瓷之一是锆钛酸铅(缩写：PZT)基材料，该材料具有各向异性，属于6mm的六方晶体对称型。由于所述晶体对称性，PZT基陶瓷材料在横向方向上具有相等的压电电荷常数d31和d32。下标数字31和32分别定义为在方向3上每单位施加的电压在方向1上的诱发应变，或在方向3上每单位施加的电压在方向2上的诱发应变。因为PZT基陶瓷材料在两个正交的横向方向上的压电电荷常数d31和d32相等，所以仅一个参数，例如d31，足以表示该材料在横向方向上的压电电荷常数。与纵向或厚度模式压电电荷常数d33相比，PZT基陶瓷材料的压电电荷常数d31和d32的符号为负。由于该特性，即使励磁电极没有完全覆盖板状元件的主表面，也可能励磁相应的板状元件上的径向或平面模式。具有正交角mm2对称型的单晶压电材料不仅具有更大的机电耦合，而且具有更大(高达10倍)的压电电荷常数；它们在两个横向上的压电电荷常数在符号和值上也不同。d31的值为负的且相对较小的同时，d32的值为正的且相对较大。结果，单晶压电材料可能会励磁异常模式，这对PZT基材料是不常见的。在李等人在应用物理学快报(AppliedPhysicsLetters)2013年第183512期第102卷上发表的科学文章“面剪切模式单晶超声波电机(Aface-shearmodesinglecrystalultrasonicmotor)”，作者描述了一种超声波电机，该马达使用相剪模式耦合由PIN-PMN-PT制成的二次板，其极化后具有mm2对称性。在二次板的大平面或主平面的其中一个表面上，布置两个励磁电极，使得将两个励磁电极彼此电隔离的线形间隙沿二次板的对角线方向取向。大平面或主平面中的另一个被单个公共电极完全覆盖。二次板的一个角(布置在两个励磁电极之间的对角线状间隙在该角处结束)被用作用于与待驱动元件进行间歇摩擦接触的接触点。当通过在励磁电极中的一个和公共电极之间施加的正弦信号电励磁二次板的一半时(同时保持另一个励磁电极浮动)，由于单晶材料的压电剪切模式耦合系数d36的特性，励磁了相剪切模式(phase-shearmode)，并且所述相剪切模式被用于沿期望的运动方向驱动待驱动的元件。为了改变运动方向，相应的另一个励磁电极需要在类似物质中进行电励磁。尽管两个励磁电极的形状相同，即使施加了相同的电压或信号，但由于励磁电极与二次板的压电材料的晶体取向一致，所以沿不同方向的待驱动的元件产生的运动并不相同。因此，这种超声波电机相对于产生的速度和推拉力的性能取决于方向，这是该结构的主要缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于超声波电机的机电致动器，一种超声波电机以及一种用于电动致动器的电励磁的方法，其能够分别优化功能性能。具体地，本专利技术的目的是提供一种用于超声波电机的机电致动器，该超声波电机可以分别被电控制，使得关于由该致动器驱动的元件的产生速度以及可转移到待驱动的元件的推力或拉力中的至少一项性能与驱动方向无关，以及一种用于电动致动器的电励磁的方法，通过该方法，前述性能与驱动方向无关。上述目的通过独立权利要求解决。在相应的从属权利要求中描述了另外的实施例。根据本专利技术的用于超声波电机的机电致动器包含板，该板由两个沿彼此延伸并且彼此相反取向的主表面形成，以及由至少三个横向于该主表面延伸并将主表面相互连接的侧表面形成。与侧表面的面积大小相比，主表面可以是更大的表面。而且，主表面可以是平面。根据本专利技术的致动器进一步包含两个电极，该两个电极的形状相同并且布置的第一主表面上，通过隔离区彼此电隔离，并且至少一个电极布置在第二主表面上。布置在第一主表面上的两个电极被布置为使得电极关于对称轴线彼此对称地定位。板形致动器包含机电材料，当对布置在主表面中的第一主表面上的电极施加电压时，该机电材料发生变形，其中机电致动器的材料包含压电电荷常数为d31的单晶压电陶瓷，d31在符号和值上均与该单晶压电陶瓷的压电电荷常数d32不同，其中压电电荷常数d31限定致动器的第一主变形方向，而压电电荷常数d32限定致动器的第二主变形方向，并且第一主变形方向和第二主变形方向横向地并且具体地彼此垂直地布置，其中，对称轴线的取向与第一主变形方向或第二主变形方向平行。优选地，隔离区完全在两个电极之间延伸，其中，更优选地，隔离区被构造为直线隔离区，其具有对称轴线为直线隔离区的中心线。优选地，致动器具有n等于或大于三的n面多边形形状的板，并且更优选地，致动器具有n等于或大于五的n面规则的多边形形状的板。优选地，在至少一个侧表面上布置至少一个摩擦设备，最优选地为摩擦元件，该摩擦元件用于与将要由致动器驱动或移动的元件进行摩擦接触。摩擦设备可以包含由均质材料制成的摩擦元件或由其组成。然而，不一定需要在机电元件的多角形板的侧表面上分别布置有摩擦设备或摩擦元件，该摩擦设备或摩擦元件用于与待驱动的元件摩擦接触。例如，机电致动器可以具有用于与待驱动元件发生摩擦相互作用的接触表面部分。根据本专利技术的致动器的实施例，设置在板的第一主表面上的电极并排设置在第一主表面上。根据本专利技术的致动器的实施例，两个电极通过隔离区彼此电隔离，该隔离区在电极之间完全在第一主表面的上方延伸，其中对称轴线是隔离区的中心线。隔离区可以是纵向区域，该纵向区域或其中心线笔直地在第一主表面上延伸并完全在两个电极之间延伸。根据本专利技术的致动器的另一实施例，两个电极关于对称轴线彼此对称地设置并且部分地彼此重叠，其中，电极可以通过位于电极彼此重叠的区域中的两个电极之间的中间隔离层彼此隔离。根据上述专利技术性机电致动器的励磁方法，布置在第一主表面上的两个电极是励磁电极，布置在第二主表面上的一个电极是公共电极，其中向两个励磁电极的其中一个施加第一励磁电压U1，并且两个励磁电极中的另一个保持浮动，向公共电极施加第二励磁电压U2，该第二励磁电压U2相对于第一励磁电压U1具有180°的相位差。根据本专利技术，具体地，提供了一种用于电励磁机电致动器的方法，该方法包含：板，其由两个彼此延伸并且彼此相反取向的主表面形成，以及由至少三个横向于该主表面延伸并将这些主表面相互连接的侧表面形成。两个形状相同的电极，其通过隔离区彼此隔离，并且在第一个主表面上彼此对称排列，从而限定了一个对称轴线；以及至少一个布置在另一个主表面上的电极。其中，板包含机电材料，该机电材料在将电压施加到布置在不同主表面上的电极时经历变形。其中该机电材料包含压电电荷常数为d31的单晶压电陶瓷，d31与该单晶压电陶瓷的压电电荷常数d32在符号和数值上均有差异，其中压电电荷常数d31限定致动器的第一主变形方向，而压电电荷常数d32限定致动器的第二主变形方向，并且第一主变形方向和第二主变形方向横向地并且具体地彼此垂直地布置。其中，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于超声波电机的机电致动器(1)，所述致动器包含：板(2)、两个形状相同的电极(6、7)和至少一个电极(8)，所述板(2)由两个沿彼此延伸并且彼此相反取向的主表面(3)形成的，并且所述板(2)是由横向延伸到所述主表面以及将所述主表面(3)相互连接的侧表面(4)形成的，所述两个形状相同的电极(6、7)通过隔离区(10)彼此隔离，并且相互对称布置在所述主表面(3)的第一主表面上，从而限定对称轴线(S)，并且所述至少一个电极(8)布置在所述主表面(3)的第二主表面上，所述板(2)包含机电材料，当对布置在不同主表面上的所述电极(6、7、8)施加电压时，所述机电材料发生变形，其中，所述机电致动器的材料包含单晶压电陶瓷，其压电电荷常数d

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 EP 17207552.51.用于超声波电机的机电致动器(1)，所述致动器包含：板(2)、两个形状相同的电极(6、7)和至少一个电极(8)，所述板(2)由两个沿彼此延伸并且彼此相反取向的主表面(3)形成的，并且所述板(2)是由横向延伸到所述主表面以及将所述主表面(3)相互连接的侧表面(4)形成的，所述两个形状相同的电极(6、7)通过隔离区(10)彼此隔离，并且相互对称布置在所述主表面(3)的第一主表面上，从而限定对称轴线(S)，并且所述至少一个电极(8)布置在所述主表面(3)的第二主表面上，所述板(2)包含机电材料，当对布置在不同主表面上的所述电极(6、7、8)施加电压时，所述机电材料发生变形，其中，所述机电致动器的材料包含单晶压电陶瓷，其压电电荷常数d31与压电电荷常数d32的符号和数值均不同，所述压电电荷常数d31限定所述致动器(1)的第一主变形方向，并且所述压电电荷常数d32限定所述致动器(1)的第二主变形方向，并且所述第一主变形方向和所述第二主变形方向相互横向布置，其中所述对称轴线(S)的取向与所述第一主变形方向或所述第二主变形方向平行。


2.如权利要求1所述的机电致动器(1)，其中所述隔离区(10)完全在所述两个电极(6、7)之间延伸。


3.如权利要求1或2所述的机电致动器(1)，其中所述主表面(3)具有n面多边形板(2)的形状，n等于或大于三。


4.如前述权利要求任一项所述的机电致动器(1)，其中所述主表面(3)具有n面规则多边形板(2)的形状，n等于或大于五。


5.如前述权利要求任一项所述的机电致动器(1)，其中所述主表面(3)相互平行延伸。


6.如前述权利要求任一项所述的机电致动器，其中所述致动器包含至少一个摩擦设备(5)，所述摩擦设备(5)布置在所述侧表面(4)的至少一个上，其中所述摩擦设备(5)包含用于接触待驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：布尔汉埃廷·科克，布伦特·德利巴斯，
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