[發明專利]超聲波電機的布置

有效

• 申請號: 201480012672.2
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN105027417B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 萊因哈德·胡布納
• 申請（專利權）人: 物理儀器(PI)兩合有限公司
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 陸建萍,鄭霞

技術領域

本發明涉及一種超聲波電機的布置。

背景技術

就其基本組件而言，超聲波電機具有：致動器機體，其借助電極布置以壓電方式來激勵在超聲頻率范圍中的振動；以及，摩擦元件，其與致動器機體摩擦連接并且通過超聲振動被移動離開致動器機體。致動器機體在這種情況下構成超聲波電機的定子，摩擦元件對于旋轉電機構成轉子或對于直線電機構成線性移動元件。

致動器機體通過致動器保持架支撐，并且通過其它元件使其相對于摩擦元件來定位，而所述摩擦元件被相應的摩擦元件保持架支撐或定位。前述組件連同致動器保持架和致動器軸承共同構成了超聲波電機的布置。在超聲波電機的實際結構中，所述布置的組件，特別是用于定位致動器機體的組件，只是有限剛性的。其位置在超聲波電機運行期間變化，從而使得致動器機體與摩擦元件之間的取向發生變化或波動而且并非在任何情況下都是最佳的。此外，由于所述波動產生了很強的橫向于驅動方向的力。這些力又會使得致動器機體產生附加的移動并從而部分地加強了致動器機體相對于摩擦元件的不利定位。這會導致在超聲波電機上產生一系列其它非期望的現象，例如運行不穩定。

這些不利影響可在一定程度上通過如下方式抵消，即將致動器機體與摩擦元件之間的接觸設計得盡可能小并且在實踐中是將其減少到一個點。然而，此種點接觸會在致動器機體和摩擦元件之間產生很高的接觸壓力，并隨著運行時間的增加而限制摩擦連接的質量并且主要限制了致動器機體或摩擦元件的使用壽命。

發明內容

因此本發明的任務在于，提出一種超聲波電機的布置，在該布置中，不可避免的僅有限剛性的結構會帶來上述類型的最小的不利相互作用，或者甚至全部設置成使得實際結構的不利特征被盡量彼此消除或者甚至有效地得以加強。目的還在于，能夠將致動器機體與摩擦元件之間的接觸面擴大一定程度，使得致動器機體和摩擦元件的使用壽命得以增加，但是不可避免的致動器位移和與之相關的效應會被降低或至少不會受到不利影響。

該任務通過本發明所述的超聲波電機的布置得以實現。

超聲波電機的布置具有：致動器機體、容納該致動器機體的致動器保持架、致動器軸承和通過致動器機體驅動的摩擦元件，其中在致動器機體與摩擦元件之間存在平面的摩擦接觸。在這種情況下，該布置具有優化的傾斜軸，致動器保持架和致動器機體或摩擦元件或相應的摩擦元件保持架可繞此軸旋轉。其中，優化的傾斜軸不通過致動器機體的重心，而是與致動器機體的重心有間隔，并且從所述重心出發在致動器機體所接觸的摩擦元件部分的方向上移動。

在根據本發明的布置的有利實施形式中，優化的傾斜軸通過致動器機體所接觸的摩擦元件部分的橫截面，由此特別是在摩擦配合致動器機體-被驅動的摩擦元件方面會產生穩定性或自動對準。

根據本發明的布置的基本思想在于，利用致動器保持架和致動器機體相對于被驅動的摩擦元件的不可避免的傾斜來優化摩擦配合致動器機體-摩擦元件的對準。這一基本思想通過以下方式實現，即構造布置的致動器軸承使得對于該布置而言實現致動器機體圍繞優化的傾斜軸產生傾斜，所述傾斜軸沒有通過致動器機體的重心，而是向著摩擦面移動，從而使得被改變的并且通常會變短的杠桿(Hebel)產生出圍繞優化的傾斜軸的橫向力，而且致動器機體的慣性力矩提高。在特別有利的改進形式中，優化的傾斜軸通過摩擦元件這一部分的橫截面，該部分現在與被致動器機體接觸并且與之摩擦連接。在此類結構中，所產生的橫向力會穩定摩擦元件的位置，下面將對此進行更加詳細的說明。因此，實際上會使用不可避免產生的干擾影響來自動穩定和自動對準根據本發明的布置。

通過根據本發明所述的將旋轉的致動器自由度從致動器重心向著推進方向移動，即向摩擦元件移動，會使振幅減少，但是也會明顯使得速度和頻率減小并從而使得非期望的致動器橫向運動的內能減少。在現有技術中，對于在致動器重心的傾斜軸常規位置而言，會導致接觸壓力不相等這一缺點，其原因在于作用在摩擦元件上的橫向力很大。特別地，當優化的傾斜軸通過摩擦元件這一部分的橫截面時，所述部分現在由致動器機體所接觸，在向摩擦面移動的優化的傾斜軸時不相等的接觸壓力會減少，其結果是合成的橫向力幾乎消失。結果通過根據本發明所述布置得到了相應的超聲波電機，其運行穩定均勻并且致動器機體或摩擦元件具有與之相關的較高的使用壽命。由此造成了超聲波電機更好可控的控制特性。

在根據本發明的實施形式中存在以下可能性，即使得致動器的旋轉自由度，各自優化的傾斜軸，圍繞摩擦面的垂線或法線相對于摩擦元件稍微轉動幾度，這樣一來，驅動總體上運行得更加諧調，即更加沒有振動。