压电式电力机械驱动单元制造技术

一种电力机械马达（１）设有包括两个电力机械振动器（２２，２４）的驱动元件（２０）。这两个电力机械振动器（２２，２４）通过连接构件（２６）互相连接。电力机械振动器（２２，２４）在端部（２１，２３）处连接到连接构件（２６）上，通过各自的弹性接头构件（１４，１６）连接到定子（１０）的支架部分（１２）上。因而大致在振动器（２２，２４）和连接构件（２６）之间引入了与支架部分（１２）的机械连接。一个电力机械振动器（２２，２４）的振动转换成一个接头构件（１４，１６）的倾斜或扭转，并且另一个电力机械振动器（２２，２４）的类似振动提供了另一个接头构件（１４，１６）的倾斜或扭转。随后，使互相连接振动器（２２，２４）的连接构件（２６）进行形变和移动。根据振动及其相对位相，沿某一运动路径带动连接构件（２６）的致动部分（２８）并可以依次用于与要移动的主体进行相互作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大致涉及电力机械致动器，尤其涉及以共振频率或者接近共振频率工作的小型电力机械致动器。
技术介绍
存在许多普遍技术的应用场合，其需要用于能够进行受控式精细定位的超微型马达。其中，便携式消费性装置，例如照相机，还具有低能耗和低重量以及低价格等附加要求。所需的运动通常是线性的，但经常使用与运动转换机制例如导螺杆结合的旋转马达。运动范围通常在毫米量级内。上述要求很难由一种马达设计及相同的马达设计同时满足。一般说来，使用固态致动器材料以及某种形式的放大机制似乎是所期望的微型马达的最好解决方案。固态致动器，例如PZT元件的能量密度非常高，并且因而可以将马达尺寸做得非常小。通常，具有高能量密度的现有致动器材料的形状改变无法超过千分之一，这使得很难制造外部尺寸较小的优化结构。现有技术中已经提出许多不同的解决方案。下文讨论一些典型范例。在美国专利第6,373,170号内，支撑在支架(backbone)上并以给定角度相互倾斜的两个独立传动块使用互连的驱动垫驱动导轨。该致动器与所谓的33-传动一同工作。整体的V形单元垂直于移动导轨延伸。以纵向机械共振的方式驱动这两个致动器，两个致动器之间的相移使驱动垫产生椭圆轨道。当制造量级为几个毫米的小型组件时，纵向共振频率将出现在MHz的范围附近。在许多应用中，这样的频率将引起电磁干扰并且不会被接受。实践中在这种频率下操作装置也是困难的。由于能够以弯曲模式实现较高的内部运动放大，一种已经用于许多应用的组件是压电型双压电晶片元件。在瑞典专利SE9300305-1中构建并提出了一种用于要求非常小尺寸的应用的马达。利用与要移动的物体直接接触的双压电晶片元件通过阶梯式运动实现旋转或线性平移。在该专利技术中，通过以下方式驱动双压电晶片元件双压电晶片元件的接触点可进行二维移动，即在弯曲方向和纵向方向上都使用双压电晶片。在德国专利DD143682中公开了一种压电式粘滑马达。由钢/压电元件夹层组成的两个双压电晶片在各自的第一端连接到定子的支架部分并且在各自的第二端由中间被动钢部分连接。连接被动部分的杠杆作用于要驱动的滚轮。双压电晶片的同相弯曲用于驱动滚轮，而双压电晶片的异相弯曲使被动部分旋转并且改变滚轮上的接触压力。在美国专利5,089,740中公开了一种基于双压电晶片的驱动机制。提出了一种具有耦合运动图案的双压电晶片的复合门状配置，该配置具有相对较高的刚性。然而，整体配置耗费空间，而使用部分配置将会消除耦合运动的优点。在美国专利6,437,485中公开了一种适用于要驱动的主体周围的侧向空间有限的致动器配置。一个致动器梁，包括若干电极并配置为基本平行于主体，利用接近共振基频的31-致动进行工作。梁的末端大致支撑在底座上，并且在梁的中央配置单个驱动垫。在梁的两侧进行非对称的电压供应并使用略微非共振的频率来实现驱动垫的二维轨迹。这种配置的优点有很多。它在主体附近需要的侧面空间非常小，使用单个驱动垫能够实现长行程，并且近共振操作可减少电子需求。然而，实现足够的效率相对较难。由于共振频率通常取决于法向力，即将主体压在驱动垫上的力，将致动器“调整”到某一特定共振频率也是困难的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供适于小型化的电力机械致动器系统，并且特别是侧向伸展较小的致动器系统。本专利技术进一步的目的是提供可以在不引起电磁辐射干扰的情况下工作的电力机械致动器系统。本专利技术的另一目的是提供具有改进效能和传动力的电力机械致动器系统。本专利技术的又一目的是提供对于负载变化更不敏感的电力机械致动器系统。通过根据本专利技术的致动器系统可实现上述目的。一般说来，两个电力机械振动器通过连接构件互联。在端部与连接构件相连的电力机械振动器通过各自的弹性接头构件连接到定子的支架上。因而，大致在振动器和连接构件之间引入了与支架的机械连接。一个电力机械振动器的振动转换成一个接头构件的倾斜或扭转，而另一电力机械振动器的类似振动提供了另一接头构件的倾斜或扭转。随后使互相连接振动器的连接构件产生变形和移动。取决于振动及其相对位相，可以沿运动路径带动连接构件的致动部分，这种情况也可用于与要移动的主体相互作用。本专利技术的优点是实现了致动部分更可受控的运动图案，特别是涉及到稳定性和频率调整可能性方面。附图说明通过参考后续描述以及所附附图可以最好地理解本专利技术与其进一步目的和优点，其附图中图1A-图1E是根据本专利技术基本原理的连接构件的倾斜和平动之间的关系的示意图；图2是根据本专利技术的驱动元件的实施例的示意图；图3A-图3C是在连接构件的端部平动和中心平动之间关系的示意图； 图4是根据本专利技术的电力机械马达实施例的截面示意图；图5是根据本专利技术的电力机械马达的定子实施例的透视图；图6是根据本专利技术的电力机械马达的定子的另一实施例的透视图；图7是根据本专利技术的电力机械马达的驱动元件的又一实施例的透视图；图8是根据本专利技术的方法实施例的流程图；图9A-图9D是根据本专利技术的电力机械马达的电力机械振动器不同实施例的示意图；图10是根据本专利技术产生旋转运动的电力机械马达实施例的截面示意图；以及图11是根据本专利技术产生旋转运动的电力机械马达另一实施例的截面示意图。具体实施例方式本专利技术利用倾斜或扭转运动产生致动构件的移动。为了使隐含的概念具体化，图1A-图1E显示了基本原理。图1A显示了具有与要移动的主体相互影响的致动部分28的连接构件26。连接构件26由某种材料制成或设计为允许特定弹性度的几何形状。通常，连接构件26由不能通过施加电压激活的非电力机械材料或电力机械材料制成。连接构件26的端部分别刚性地连接到两个接头构件14和16上。接头构件14和16具有绕垂直于图1A的纸面的各轴线13、15的扭矩弹性。然而在该特定实例中，接头构件14、16相对平动位移固定。在图1B中，在接头构件16上施加顺时针方向的扭矩而在接头构件14上施加另一逆时针方向的扭矩。这导致接头构件14、16在某种程度上朝中心转动，即朝向连接构件26转动。接头构件14、16的转动作用于连接构件26并且因而使致动部分28在图中向下移动，如箭头所示。如果配置对称并且施加的扭矩相等，连接构件26以对称方式向下弯曲，并且因而致动部分28运动为纯平动，不涉及任何倾斜动作。在图1C中，与图1B相比以相反方式施加扭矩，这使连接构件26向上弯曲并使致动部分28向上位移，如箭头所示。因而，在接头构件14、16上施加反向的扭矩可使致动部分28上下运动。在图1D中，定向在相同方向的扭矩施加到接头构件上。在本图中，施加顺时针方向定向的扭矩。在这种情况下，此时连接构件26也将产生S形的形变。在图中，连接构件的中心将向左侧倾斜，使致动部分28的末端左侧平移运动。在图1E中，施加与图1D相比反向的扭矩，该扭矩使致动部分28的末端向右平动。因而，在接头构件14、16上施加相似的定向扭矩可使致动部分28左右运动。通过组合这些交替的方案，可以实现几乎所有的致动部分28的运动图案。特别地，可以带动致动部分沿椭圆路径运动，其是用于产生电力机械马达工作运动的共同运动。图2通过电力机械马达的驱动元件的实施例显示了本专利技术的基本思路。如图1A-图1E所示，设置了连接构件26、致动部分28以及两个接头构件14、16。各接头构件14、16刚性地连接有相应的电力机械振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力机械马达（１），其包括：具有驱动元件（２０）以及支架部分（１２）的定子（１０）；所述驱动元件（２０）又包括分别在第一及第二连接点（２１，２３）通过连接构件（２６）互相连接的第一电力机械振动器（２２，７２）和第二电力机械振动器（２４，７２）；所述连接构件（２６）具有用于与要移动的主体（２）相互作用的致动部分（２８），其特征在于：所述驱动元件（２０）通过处于第一连接点（２１）附近的第一弹性连接构件（１４）以及处于第二连接点（２３）附近的第二弹性连接构件（１６）连接到所述支架部分（１２）上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S约翰松，C马特松，
申请(专利权)人：高压马达乌普萨拉有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]