用于操作驱动单元的方法和驱动单元技术

一种用于操作驱动单元的方法，该驱动单元包括主动元件(1)，该主动元件(1)具有谐振器(2)和用于激励谐振器(2)中的振荡并由此驱动被动元件(4)的激励装置(23)。该方法包括以下步骤：

Method and drive unit for operating the drive unit

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作驱动单元的方法和驱动单元


[0001]本专利技术涉及小型驱动器例如压电驱动器的领域。更特别地，本专利技术涉及如在相应独立权利要求的前序部分中描述的一种用于操作驱动单元的方法和驱动单元。

技术介绍

[0002]例如，在申请人的WO 2006/000118 A1或US 7'429'812 B2和WO 2019/068708 A1中公开了这种驱动器。这种驱动器包括一个、两个或更多个被制成振荡的臂，并且通过臂端部的振荡运动驱动被动元件。可以选择驱动振荡运动的激励装置的频率，以生成一种振荡模式，该模式使得臂使被动元件在第一方向上或在相反的第二方向上移动。需要进一步改进这种驱动器，特别是增加可以使被动元件移动的速度范围。
[0003]US 4 952 834公开了一种用于驱动超声波电机的电路，其中转子由压电效应生成的行波驱动。通过将调制信号与锯齿信号进行比较来生成PWM信号。当调制信号处于最大值时，PWM信号也保持在最大值，在调制信号处于最大值的整个持续时间内不会下降到零。行波电机的有效操作范围不受影响。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是提供一种用于操作开头所述类型的驱动单元的方法，该方法允许驱动单元的更大操作范围。
[0005]这些目的通过根据权利要求的用于操作驱动单元的方法和驱动单元来实现。
[0006]该方法用于操作用于相对于主动元件驱动被动元件的驱动单元，其中，主动元件包括
[0007]谐振器和用于激励谐振器中的振荡的至少一个激励装置，
[0008]谐振器包括从谐振器的连接区域延伸的至少一个臂，
[0009]至少一个臂在臂的外端包括接触元件，
[0010]接触元件能够通过至少一个臂的振荡运动而移动，
[0011]被动元件被布置成通过这些振荡运动相对于主动元件被驱动和移动；
[0012]被动元件包括第一接触区域，第一接触区域被布置成与第一接触元件接触；
[0013]主动元件和被动元件被布置成用于将至少第一接触元件推向第一接触区域的预应力，特别是当主动元件没有被激励时；
[0014]该方法包括以下步骤
[0015]·
用驱动信号驱动激励装置，该驱动信号是包括以激励频率重复的驱动脉冲的周期信号；
[0016]·
根据控制信号，通过以下方式修改驱动信号：
[0017]о如果控制信号在第一范围内，则修改激励频率或修改驱动脉冲的形状，同时保持激励频率相同，同时将每个驱动脉冲传输的能量保持在非零最小脉冲能量值之上，特别地其中，最小脉冲能量值是脉冲的最大能量的至少5％；以及
[0018]о如果控制信号在第二范围内，则重复地省略驱动脉冲。
[0019]在整个本文件中，每当提及驱动单元的速度和位置时，这通常表示被动元件相对于主动元件的运动的速度或位置。取决于机械构造和激励方式，运动可以是线性的或旋转的或组合。
[0020]根据本专利技术的一个方面，不执行以下步骤：如果控制信号在第二范围内，则重复地省略驱动脉冲。即，在不发生驱动脉冲的省略的情况下执行以下描述的方法步骤中的一个或多个。
[0021]在实施例中，该方法用于操作驱动单元以相对于主动元件驱动被动元件，其中，主动元件包括
[0022]谐振器和用于激励谐振器中的振荡的至少一个激励装置，
[0023]谐振器包括从谐振器的连接区域延伸的至少两个臂，
[0024]每个臂在臂的外端包括相应的接触元件，
[0025]接触元件能够通过相应的臂的振荡运动而移动，
[0026]被动元件被布置成通过这些振荡运动相对于主动元件被驱动和移动；
[0027]被动元件包括第一接触区域和第二接触区域，每个接触区域被布置成与第一接触元件和第二接触元件中的相应一个接触，
[0028]主动元件和被动元件被布置成用于将第一接触元件和第二接触元件推向相应的第一接触区域和第二接触区域的预应力，特别是当主动元件没有被激励时。
[0029]在实施例中，第一范围和第二范围重叠。
[0030]在实施例中，修改驱动脉冲的形状是通过以下至少之一来完成的
[0031]·
根据控制信号修改驱动脉冲的幅度；以及
[0032]·
根据控制信号修改驱动脉冲的宽度。
[0033]在实施例中，将每个驱动脉冲传输的能量保持在非零最小脉冲能量值之上是通过将所述驱动脉冲的脉冲占空比保持在最小脉冲占空比值之上并且通过将所述驱动脉冲的幅度保持在最小幅度值之上来实现的。
[0034]在实施例中，最小脉冲能量值是脉冲的最大能量的至少5％或至少10％。
[0035]在实施例中，根据控制信号修改激励频率包括将所述激励频率修改的量不改变所述振荡模式而仅降低在这种振荡模式下的驱动单元的所述激励频率和固有频率之间的匹配。这减少了对机械振荡的能量传递，从而减小了它的幅度。
[0036]在实施例中，重复地省略驱动脉冲包括根据所述控制信号修改省略驱动脉冲的关闭时间段的持续时间。
[0037]这允许以相对较低的平均速度以准连续方式驱动被动元件。
[0038]在实施例中，当重复地省略驱动脉冲时，在省略驱动脉冲的关闭时间段期间，预应力保持被动元件相对于主动元件的位置。
[0039]在实施例中，当重复地省略驱动脉冲时，施加驱动脉冲的开启时间段的持续时间足以使主动元件的振荡达到主动元件驱动被动元件的幅度。
[0040]在实施例中，激励频率在50kHz和1000kHz之间的范围内，并且驱动脉冲的重复省略以激励频率的1/10到1/100(10to 100times lower than the excitation frequency)的频率发生。
[0041]在实施例中，控制信号对应于速度设定点，并且第一范围对应于较高的速度而第二范围对应于较低的速度。
[0042]因此，该方法可以包括，如果控制信号表示较高范围内的速度，则修改激励频率或修改驱动脉冲的形状，同时保持激励频率相同，同时将每个驱动脉冲传输的能量保持在非零最小脉冲能量值之上；以及如果控制信号表示较低范围内的速度，则重复地省略驱动脉冲。
[0043]这允许实现给定的速度设定点，即使它低于可以通过单独减小驱动脉冲的形状来实现的速度，并且这会将驱动脉冲的能量降低到驱动器可靠地操作所需的阈值以下。
[0044]在实施例中，控制信号对应于位置设定点，并且通过修改驱动脉冲的形状或激励频率来控制位置在一个脉冲周期内改变的位置步长。
[0045]在实施例中，为了主动降低驱动单元的速度，该方法包括以下步骤：
[0046]·
用具有第一激励频率的第一驱动信号驱动激励装置，第一驱动信号在第一方向上驱动驱动器；
[0047]·
通过用具有第二激励频率的第二驱动信号驱动激励装置来降低速度，该第二驱动信号在与第一方向相反的第二方向上驱动驱动器。
[0048]在实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于操作用于相对于主动元件(1)驱动被动元件(4)的驱动单元的方法，其中，所述主动元件(1)包括谐振器(2)和用于激励所述谐振器(2)中的振荡的至少一个激励装置(23)，所述谐振器(2)包括从所述谐振器(2)的连接区域(20)延伸的至少一个臂(21、22)，所述至少一个臂(21、22)包括在所述臂的外端的接触元件(31)，所述接触元件(31)能够通过所述至少一个臂(21)的振荡运动而移动，所述被动元件(4)被布置成通过这些振荡运动相对于所述主动元件(1)被驱动和移动；所述被动元件(4)包括第一接触区域(41)，所述第一接触区域(41)被布置成与第一接触元件(31)接触；所述主动元件(1)和所述被动元件(4)被布置成用于将至少所述第一接触元件(31)推向所述第一接触区域(41)的被称为预应力的力，特别是当所述主动元件(1)没有被激励时；所述方法包括以下步骤
·
用驱动信号驱动所述激励装置(23)，所述驱动信号是包括以激励频率重复的驱动脉冲的周期信号；
·
根据控制信号，通过以下方式修改所述驱动信号：ο如果所述控制信号在第一范围内，则修改所述激励频率或修改所述驱动脉冲的形状，同时保持所述激励频率相同，同时将每个驱动脉冲传输的能量保持在非零最小脉冲能量值之上，特别地其中，所述最小脉冲能量值是脉冲的最大能量的至少5％；以及ο如果所述控制信号在第二范围内，则重复地省略驱动脉冲。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一范围和所述第二范围重叠。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，修改所述驱动脉冲的形状是通过以下至少之一来完成的
·
根据所述控制信号修改所述驱动脉冲的幅度；以及
·
根据所述控制信号修改所述驱动脉冲的宽度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将每个驱动脉冲传输的能量保持在非零最小脉冲能量值之上是通过将所述驱动脉冲的脉冲占空比保持在最小脉冲占空比值之上并且通过将所述驱动脉冲的幅度保持在最小幅度值之上来实现的。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述最小脉冲能量值是脉冲的最大能量的至少5％或至少10％。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据控制信号修改所述激励频率包括将所述激励频率修改的量不改变所述振荡模式而仅降低在这种振荡模式下的驱动单元的所述激励频率和固有频率之间的匹配。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，重复地省略驱动脉冲包括根据所述控制信号修改省略驱动脉冲的关闭时间段的持续时间。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当重复地省略驱动脉冲时，在省略驱动脉冲的关闭时间段期间，所述预应力保持所述被动元件(4)相对于所述主动元件(1)的位置。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述激励频率在50kHz和1000kHz之间的范围内，并且驱动脉冲的重复省略以所述激励频率的1/10到1/100的频率发生。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制信号对应于速度设定点，并且所述第一范围对应于较高的速度而所述第二范围对应于较低的速度。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制信号对应于位置设定点，并且通过修改所述驱动脉冲的形状或所述激励频率来控制所述位置在一个脉冲周期内改变的位置步长。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，为了主动降低所述驱动单元的速度，包括以下步骤：
·
用具有第一激励频率的第一驱动信号驱动所述激励装置(23)，所述第一驱动信号在第一方向上驱动所述驱动器；
·
通过用具有第二激励频率的第二驱动信号驱动所述激励装置(23)来降低所述速度，所述第二驱动信号在与所述第一方向相反的第二方向上驱动所述驱动器。13.根据权利要求12所述的方法，其中，降低所述驱动器的速度是通过在保持所述激励频率相同的同时降低所述驱动脉冲的占空比和/或幅度，或者通过在基本上保持其振荡模式的同时使所述激励频率与所述驱动单元的固有频率失谐来实现的。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，降低所述驱动器的速度是通过省略驱动脉冲并且通过利用所述预应力制动所述驱动器来实现的。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：为了通过在至少两个激励频率之间切换来控制所述驱动单元的运动，重复执行以下步骤
·
对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：米尼斯怀斯股份公司，
类型：发明
国别省市：