压电式电机的操作方法,以及具有空心圆柱振荡器形式定子的压电式电机技术

具有空心圆柱振荡器形式定子的压电式电机的操作方法，所述空心圆柱振荡器的至少一个前侧面和转子摩擦接触，并且所述空心圆柱振荡器包括驻波发生器，其特征在于：所述空心圆柱被设定为耦合切向－轴向振动模式，使得由此在所述振荡器中形成的驻波的切向和轴向振动速度分量，或所述柱体的点分别具有相同的相位或者相位差为１８０°，所述切向分量的振动速度最大值在所述空心圆柱的前侧面上被形成，所述轴向分量的振动速度最大值在其下方被形成，其中，朝着所述圆柱的高度中心且平行于所述圆柱的前侧面，形成波节线，在所述波节线上，所述轴向振动速度分量取值为零并且所述切向分量取最小值，并且其中，根据模式阶次在所述空心圆柱体中进一步形成轴向延伸的波节线，在所述波节线上，所述轴向或切向振动速度分量的取值为零。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】,以及具有空心圆柱振荡器形式定子的压电式电机的制作方法
本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分的、具有空心圆柱振荡器形式定子的，其中空心圆柱振荡器的至少一个前侧面与转子摩擦接触，并且空心圆柱振荡器中包括驻波发生器，本专利技术涉及根据权利要求3前序部分的、具有空心圆柱振荡器形式定子的压电式电机，其中空心圆柱振荡器的至少一个前侧面和转子摩擦接触，并且空心圆柱振荡器中包括驻波发生器。
技术介绍
压电式超声电机从US5,654,604中就公知了，这种电机的操作模式是基于其中产生弯曲波的薄金属谐振器的激励的。为了用这种电机激励弯曲波，优选地通过粘合将薄的压电盘固定到金属谐振器。由于一方面压电盘和另一方面金属谐振器的不同热膨胀系数，这些电机的主要缺陷在于，或多或少不可能获得刚性的连接。因此，这样的连接是依靠具有一定剩余弹性的环氧树脂粘合剂来产生的，从而补偿膨胀系数上的差异。然而，这样的连接削弱了金属谐振器和压电盘之间的声耦合，使得振荡器的能力受到限制并且增加了电机的机械损耗。由于超声波能量对粘合剂的影响，存在粘合剂的粘性改变的危险，其结果是电机的振动特性被削弱。由于上述的原因，这种结构的电机只具有有限的机械性能、短暂的使用寿命并因此具有完全不能令人满意的实用特性。操作模式以在整体式圆柱压电谐振器中传播的膨胀波的激励为基础的压电式超声电机同样是公知的。例如参考US5,872,418。因为这种电机的整个谐振器由压电材料制成，所以由不同膨胀系数引起的问题将不会出现。然而，利用膨胀波的超声电机的缺陷在于，振荡器的所有点几乎具有相同的振动速度。这表示存储在振荡器中的能量均匀地分布到整个体积上，这种分布导致因为点的内部摩擦不与振荡器摩擦表面直接相邻所引起的不必要的损耗。而且，这种电机的振荡器表面上不存在振动速度取零值的区域。这意味着很难以刚性的方式相对于机架安放这种电机的振荡器。因此用橡胶类弹性材料完成固定，然而这种材料由于超声波的影响会发热。同样导致能量损失和整个电机的发热。而且，如果振动的振荡器接触到弹性附件，机械品质被降低，所以需要更高的激励电压。固定装置所需的弹性适应性阻止了定子相对于机架的绝对刚性固定，并且使这种电机的相位特征更难，所以它们在为了精确和微定位的系统中的使用变得更加困难并且更加成本密集。
技术实现思路
基于以上内容，因此本专利技术的目的在于提供用于操作具有空心圆柱振荡器形式定子的压电式电机的先进方法，其中空心圆柱振荡器的至少一个前侧面和转子摩擦接触。此外，本专利技术的目的还在于提供具有空心圆柱振荡器形式定子的压电式电机，其中振荡器和振荡器或电机的固定装置中能量损失都保持为很小。根据这个目的，这种电机的激励电压将被降低，并且改进的相位特性将被提供。对于这种方法，本专利技术的问题用根据权利要求1的示教来克服，对于压电式电机，通过根据权利要求3的特征的结合来克服，从属权利要求至少包含有用的实施例和改进。因此，本专利技术的基本观点在于，通过设定相同的耦合切向-轴向振动模式，用新型的声波来激励空心圆柱振荡器。选择振荡器的尺寸并且设计激励装置，使得在振荡器圆周上以及沿振荡器的高度实现这样一种声波振动速度的分布，借助于这种分布，在振荡器中循环的振动能量被集中在与转子摩擦接触的振荡器前侧面，并且具有最小振动速度的波节线分别在振荡器的长度或高度中心上延伸。于是，能够在这个具有最小振动速度的波节线上实现例如到电机机架的刚性连接。因此，所提供的压电式超声电机是由有至少一个前侧面与转子摩擦接触的空心圆柱振荡器构成的。而且，振荡器包括声驻波发生器，其中这些发生器中的每一个都是表示振荡器本体的耦合切向-轴向振动的声驻波的发生器。其中切向和轴向的振动分量具有0或180°的相位，切向振动速度最大值位于振荡器的前侧面，轴向振动速度最大值略微在振荡器的这些前侧面下面延伸。随着与振荡器前侧面轴向方向的距离的增加，两个振动速度越来越小，波节线在空心圆柱振荡器本体的高度中心上、平行于振荡器前侧面延伸，在波节线上，轴向的振动速度取值为零且切向的振动速度达到最小值。而且，也可以用轴向延伸的波节线划分振荡器本体，波节线上的切向或轴向振动速度每一个都等于零。换句话说，压电式电机的空心圆柱被设定为耦合切向-轴向振动模式，其中圆柱主要有切向和轴向的振动分量。振荡器的激励被影响，使得在空心圆柱的前侧面上形成切向分量振动速度最大值，并且在空心圆柱前侧面的下面形成轴向分量振动速度最大值，其中，如上所述，分量朝圆柱高度中心的方向减小，并且在圆柱高度中心形成基本平行于前侧面的波节线，在波节线上，轴向振动分量取值为零，切向振动分量取得最小值。激励是用与振荡器谐振频率相对应的频率来实现的，并且在此频率上形成耦合切向-轴向振动模式的驻波。由于在根据本专利技术的电机振荡器中激励的声波是其振动速度最大值位于与转子摩擦接触的振荡器前侧面上的声波，而振动速度最小值在振荡器中间部分延伸，所以振荡器的动能被集中在振荡器前侧面的附近，即需要驱动转子的地方。通过上述的方法，损失被减少到内部摩擦所能容许的范围内。这样，空心圆柱振荡器本体的不希望的发热也被减少。此外，正如已经指出的那样，可能在振荡器的中间部分设置固定装置，这个固定装置不加载振荡器，即空心圆柱体。这个固定装置不引起导致高能量损失的机械阻力。这样，激励振荡器所需的电压就可以被减少。根据本专利技术的压电式电机可以实现为不同的实施例。根据第一实施例，振荡器，即空心圆柱体，被构造成整体式压电体，在压电体的表面区域提供一个或多个电极。设置在例如内部表面区域上的公共参考电极以及设置在它们之间的压电陶瓷一起构成了声驻波发生器。根据本专利技术的电机的第一实施例允许最小的尺寸。根据第二实施例，振荡器可以被构造成整体式的非压电体。在这个实施例中，声驻波发生器被设计为连接到振荡器的刚性压电元件。通过这样的改进，大尺寸、大容量的电机能够被实现。根据本专利技术的电机的另一个有利的实施例在于振荡器包括两个空间移位为四分之一波长的驻波发生器。因而，发生器的电激励是相移为90°的两相激励。用这种激励方式，在振荡器中产生行波，并且转子获得与行波相反的移动方向。用这样的结构能够提供两相行波电机。同样能够构造根据本专利技术的压电式电机，使得振荡器包括三个空间移位为三分之一波长的驻波发生器。于是，选择发生器的电激励具有相移为120°的三个相位。这样，在振荡器中也产生行波，并且转子获得与行波相反的运动或旋转方向。这种改进使得实现三相行波电机成为可能。最后，能够构造根据本专利技术的电机，使得振荡器包括至少一组声驻波的相似发生器。这些发生器在相反方向上的空间移位为二分之一波长，并且连接到电激励源上。在这个实施例中，选取振荡器的高度，使得振荡器的纵向振动与切向-轴向的振荡器振动同时发生。这两种振动方式的叠加使得位于振荡器前侧面的点与表面倾斜一个角度地做直线运动。这样，压电式驻波电机能够很容易地被提供。附图说明在下文中将依靠实施例并且参照附图更详细地解释本专利技术。在附图中附图1表示根据本专利技术的包括空心圆柱振荡器的压电式电机的 具体实施例方式附图1所示的压电式超声电机包含定子1，定子1的至少一个摩擦侧面3与转子4摩擦接触。振荡器2除了包括振荡器前侧面7上提供的各个摩擦层6之外，也包括驻波发生器5。未图解说明的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：奥莱克茜·维什涅夫斯基，弗拉迪米尔·维什涅夫斯基，
申请(专利权)人：物理设备PI两合公司，
类型：发明
国别省市：