[發(fā)明專利]壓電電動(dòng)機(jī)和壓電電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110317130.4
• 申請(qǐng)日: 2008-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102361410A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高橋博;西村修;秋葉敏克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社東芝
• 主分類號(hào): H02N2/00
• 分類號(hào): H02N2/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 黨建華

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年3月27日、申請(qǐng)?zhí)枮?00810087398.1、 發(fā)明名稱為“壓電電動(dòng)機(jī)和壓電電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案 申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用壓電單元驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)對(duì)象的壓電電動(dòng)機(jī)和 壓電電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

一般地說(shuō)，在多自由度轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的領(lǐng)域中，其中以監(jiān)視 用攝像機(jī)、機(jī)器人關(guān)節(jié)等的取向控制為代表，具有這樣一種結(jié)構(gòu)的驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)或電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)被廣泛地使用，在所述結(jié)構(gòu)中，串聯(lián)地堆疊著單 軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。此外，從實(shí)現(xiàn)小型化和更高的精度的觀點(diǎn)看來(lái)，有時(shí) 使用多自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或多自由度電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其包括主要由萬(wàn)向節(jié) 機(jī)構(gòu)和連接機(jī)構(gòu)構(gòu)成的支撐系統(tǒng)和主要由被單獨(dú)提供的電磁馬達(dá)等 構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。不過(guò)，具有主要由萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)和連接機(jī)構(gòu)構(gòu)成的基 本結(jié)構(gòu)的常規(guī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)復(fù)雜和對(duì)于小 型化的限制而并不總是滿意的。根據(jù)這種情況，近年來(lái)，使用壓電元 件的球形電動(dòng)機(jī)的研究和發(fā)展一直受到關(guān)注。具體地說(shuō)，借助于使用 壓電單元通過(guò)摩擦力驅(qū)動(dòng)球體(作為被驅(qū)動(dòng)對(duì)象)的壓電電動(dòng)機(jī)被認(rèn) 為有希望成為具有小的尺寸和高的精度的下一代球形電動(dòng)機(jī)。

關(guān)于使用壓電元件的壓電電動(dòng)機(jī)，已知一種用于改變球連接的角 度的裝置。在這種用于改變球連接的角度的裝置中，在容納球連接的 球部件的球殼體部件內(nèi)部以預(yù)定的布置設(shè)置有3個(gè)振蕩器(壓電單 元)，這3個(gè)振蕩器的各自的尖端部分和所述的球鄰接。為了維持所 述的鄰接，所述球被配置使得借助于多個(gè)彈簧件被朝向振蕩器激勵(lì)， 這些彈簧件類似地以預(yù)定的布置被設(shè)置在球殼體部件內(nèi)部。在這種狀 態(tài)下，這些振蕩器的被連接部分的每一個(gè)沿所需的預(yù)定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因 而球連接的球部件沿所需的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。從而，沿預(yù)定方向改變球連接 的角度。每個(gè)振蕩器(壓電單元)由3個(gè)振蕩元件(壓電元件)構(gòu)成， 它們被集成一體，其尖端部分彼此相連，并且這些振蕩元件(壓電元 件)被設(shè)置在對(duì)應(yīng)于等邊三棱錐的3個(gè)邊沿的位置，使得它們的中心 在棱錐的尖端。

作為使用壓電單元的壓電電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)常規(guī)的例子，已知一種 圖像拾取設(shè)備，其中圖像拾取單元基本上是球形的，除去圖像拾取光 學(xué)系統(tǒng)部分之外，其圓周的表面被形成外凸的球狀。另外，圖像拾取 光學(xué)系統(tǒng)和圖像拾取器件例如CCD被提供在圖像拾取單元的內(nèi)部。 圖像拾取單元的殼體(球狀的)例如由磁材料構(gòu)成，其外凸的球形表 面部分被吸引向呈環(huán)形磁體形狀的保持部件。所述保持部件被固定到 圖像拾取設(shè)備的主體上。結(jié)果，借助于保持部件的磁力，使圖像拾取 單元以可動(dòng)方式保持在圖像拾取設(shè)備的主體上。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被提供在在 環(huán)形保持部件的中心孔部分的中心。該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩維壓電致動(dòng) 器，提供在所述致動(dòng)器的大概中心位置的摩擦部件等。所述摩擦部件 被配置成用于和圖像拾取單元的外凸的球形表面鄰接，并隨著兩維壓 電制動(dòng)器的每個(gè)臂的伸長(zhǎng)與收縮而運(yùn)動(dòng)，從而允許圖像拾取單元以預(yù) 定方式運(yùn)動(dòng)。

按照上述的用于改變球連接和圖像拾取設(shè)備的角度的裝置，可以 克服萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)和連接機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，并可以實(shí)現(xiàn)小尺寸的多自由度 的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

因?yàn)檫@種類型的壓電電動(dòng)機(jī)由摩擦力驅(qū)動(dòng)，這種壓電電動(dòng)機(jī)需要 以以下方式被使用：對(duì)著被驅(qū)動(dòng)對(duì)象按壓壓電單元。不過(guò)，上述用于 改變球連接的角度的裝置具有通過(guò)使用多個(gè)彈簧件施加預(yù)加載力的 結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，這種結(jié)構(gòu)需要由彈簧件構(gòu)成的預(yù)加載部分，以及在預(yù) 加載部分的周邊上的用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐著球部件的引導(dǎo)部分。預(yù)加載 部分和引導(dǎo)部分使得增加電動(dòng)機(jī)的尺寸，以及減少運(yùn)動(dòng)范圍，并由于 摩擦而增加驅(qū)動(dòng)負(fù)載(增加空載轉(zhuǎn)矩)。此外，因?yàn)榍虿考⒄袷幤? 和多個(gè)彈簧件都被設(shè)置在球殼體部件內(nèi)，出現(xiàn)了在整體上該裝置的尺 寸被進(jìn)一步增加的問(wèn)題。

此外，在上述的圖像拾取設(shè)備中，用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐著圖像拾取 單元的引導(dǎo)部分用以下方式構(gòu)成，使得由環(huán)形磁體構(gòu)成的保持部件吸 引圖像拾取單元的外凸的球面部分。因而，由于在引導(dǎo)部分的摩擦而 產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)負(fù)載被大大增加(空載轉(zhuǎn)矩被大大增加)。由于這個(gè)原因， 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要產(chǎn)生足以克服由于摩擦而產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)力。結(jié) 果，出現(xiàn)了在整體上該設(shè)備的尺寸被增加的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種壓電電動(dòng)機(jī)和壓電電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其 可以使空載轉(zhuǎn)矩最小、改善運(yùn)動(dòng)范圍并在整體上使所述裝置的尺寸最 小。