【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及例如超声压电马达的压电马达，以及安装压电马达的元件的方法。更特别地，本专利技术涉及用于将例如超声压电马达元件之类的压电马达元件连接或安装至定位装置的定子部件的方法和系统。
技术介绍
1、压电致动器经常使用在许多需要高度微型化的应用场合中。然而，典型的压电定位器的最大限制是非常小的位移。为了消除这种影响，已经提出了若干种压电马达原理，它们具有无限的行程范围。
2、已经设计出三种无限行程的压电马达的主要类型：(1)步进马达，(2)粘滑/惯性驱动马达和(3)谐振马达。步进马达具有很高的保持力，但对于许多应用场合而言往往太慢。粘滑马达的速度可达10毫米/秒的量级，然而往往会引起过度振动。谐振马达由于高运行频率而通常被称为“超声”马达，相反地其可达到最高的速度，可达100毫米/秒量级或更高。这是因为谐振马达的(一个或多个)压电元件通过驱动信号的激发，频率接近马达的两个特征频率。例如，典型的压电马达具有纵向和横向运动特征模态，这两个特征模态的频率几乎一致。
3、与相同大小的马达相比，小型超声压电马达的特点是功率效率高。由于它们的紧凑性和效率，它们通常用于手持装置。由于高频率运行，超声压电马达是静音马达。这些马达的另一优点是无需齿轮或皮带之类的传动系统。因此，致动机构不那么复杂，而且没有机械间隙(backlash)。这意味着这些马达可以实现更高的定位精度。即使在关闭时，这些马达仍将施加保持力，并因此固定要移动的样品的位置。一些应用场合还要求可反向驱动的致动。这意味着仍可手动移动样品，并可限制例如击中硬目标
4、尽管在过去几年中已经设计出了若干种通过谐振振动模态运行的超声马达，但它们仍然具有一些缺点。
5、日本专利申请公布号jp h07 107758a公开了一种超声致动器，其中，不同相位的高频电压被施加至两组机电能量换能器。驻波振动在谐振器中产生，驻波振动的节点部分由使用弹性铰链结构的保持装置所固定。
6、欧洲专利申请公布号ep 0978886 a2公开了一种超声马达，意在减少压电式元件产生的驱动力的泄漏，并将驱动力有效地传递至移动构件。超声马达设有压电式元件，通过输入驱动信号使其振荡以产生驱动力，以及设有用于在基底上支承压电式元件的支承构件。支承构件具有信号供应功能，可向压电式元件供应驱动信号。因此，由于无需单独提供信号传输装置，压电式元件引起的振动泄漏比传统布置要少。由此，超声马达能有效地将驱动力传递给移动构件。此外，支承构件还通过提供收缩而具有弹性，从而支承构件还提供压接触功能，以将压电式元件与移动构件压接触。在该情况下，振动泄漏会进一步减少。
7、尽管如此，仍存在对紧凑型超声压电马达和易于安装的压电马达的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于安装超声压电马达的元件的良好安装系统和方法。
2、本专利技术的各实施例的优点在于，通过移除压电马达元件的适当自由度将马达元件保持在位。本专利技术实施例的优点在于，除了一个自由度外，移除压电马达元件的所有自由度。本专利技术实施例的优点在于，马达能够在滑动方向的法向方向上移动，从而在马达的驱动接触部与定位装置的牵引表面之间产生预负载力。
3、本专利技术实施例的优点在于，可以借助于机械弹簧部件施加预负载力，本专利技术并不局限于此。
4、本专利技术的各实施例的优点在于，安装不会对以谐振频率激发压电马达时产生的超声驱动振动产生阻碍。本专利技术的各实施例的优点在于，固着点被选择为使得与谐振时的压电马达的特征模态的相互作用没有或最小化。后者致使定位装置具有良好的力和行进速度。
5、固着点是压电元件固定至其他元件的那些位置。除驱动接触部外，这些位置是压电元件与周围元件接触的唯一位置。
6、本专利技术的各实施例的优点在于，该方法和系统在马达的驱动方向上没有或只有很小的游隙或间隙。
7、本专利技术的各实施例的优点在于，安装好的马达元件以非常紧凑的方式实现，从而形成紧凑的系统。
8、本专利技术的各实施例的优点在于，马达元件的安装可以借助于廉价的制造工艺来实现，比如冲压、激光切割之类的，允许具有较低的制造成本。本专利技术的各实施例的优点在于，组装时间较短。
9、本专利技术的各实施例的优点在于，提供了一种提供对称性的方法和系统，减少了对马达谐振模态的影响。本专利技术的各实施例的优点在于，获得了由此产生的定位系统的良好热稳定性。本专利技术的各实施例的优点在于，获得了很大程度的装置中的对称性，导致稳定性的提高。
10、通过根据本专利技术的独立权利要求的安装方法和由此产生的系统满足该目标和可选地满足优点中的一个或多个。从属权利要求涉及优选实施例。
11、本专利技术涉及一种例如是超声压电致动器的压电致动器，包括：
12、压电马达元件，该压电马达元件具有顶表面和底表面，以及
13、连接元件，该连接元件包括带挠曲铰链的臂，用于在位于压电马达元件的一个或多个弯曲模态的节点位置处的不同固着位置处固着压电马达元件，
14、挠曲铰链，挠曲铰链使得允许压电马达元件在法向方向上移动，而挠曲铰链在切向方向上是刚性的，由此借助于固定装置将挠曲臂固定至压电马达元件。
15、在一些实施例中，连接元件可以包括两个箔元件，即位于压电马达元件的顶侧处的一个顶部连接箔元件，以及位于压电马达元件的底侧处的一个底部连接箔元件。在一些实施例中，顶部连接箔元件和底部连接箔元件都可以具有带有挠曲铰链的臂。
16、用于接触压电马达元件的挠曲铰链可以构造成用于分别在压电元件的顶表面处和压电马达元件的底表面处接触压电马达元件。
17、替代地，可以提供单个连接元件，其臂包括挠曲铰链，在周向表面处与压电马达元件接触。
18、在本专利技术实施例中提及箔的地方，指的是薄膜状的结构或薄层，但也可以包括更厚的层，比如薄板。例如，在一些实施例中这样的板是可弯曲的。
19、在本专利技术的各实施例中提及允许压电马达元件在法向方向上移动，而挠曲铰链在切向方向上是刚性的，指的是挠曲铰链在固着点的位置处垂直于扩张模态的移动。法向方向也可定义为相对于中心位置是径向的。
20、可以使用粘合剂将挠曲臂固定至压电马达元件。
21、粘合剂可以是环氧树脂粘合剂、或丙烯酸酯、或聚氨酯。
22、压电马达元件可以具有孔，该孔从顶表面穿过压电马达元件延伸至底表面，并且连接元件还可以包括穿过压电马达元件中的孔而定位的连接部件，该连接部件机械地连接顶部连接箔元件和底部连接箔元件，由此不同的固着位置远离孔定位，使得在孔的位置处，连接元件与压电马达元件不接触彼此。
23、连接部件可以包括间隔环，用于间隔顶部连接箔元件与底部连接箔元件。...
【技术保护点】
1.一种压电致动器，包括：
2.根据权利要求1所述的压电致动器，其特征在于，所述挠曲铰链在切向方向上是刚性的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述连接元件包括四个带有挠曲铰链的臂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，使用粘合剂将所述挠曲臂固定至所述压电马达元件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述连接元件包括两个箔元件，即位于所述压电马达元件的顶侧处的一个顶部连接箔元件，以及位于所述压电马达元件的底侧处的一个底部连接箔元件，所述顶部连接箔元件和所述底部连接箔元件具有带挠曲铰链的所述臂，用于接触所述压电马达元件，并且构造成分别在所述压电元件的顶表面处和所述压电马达元件的底表面处接触所述压电马达元件。
6.根据权利要求5所述的压电致动器，其特征在于，所述压电马达元件具有从所述顶表面穿过所述压电马达元件延伸至所述底表面的孔，并且其中，所述连接元件还包括穿过所述压电马达元件中的所述孔而定位的连接部件，所述连接部件机械地连接所述顶部连接箔元件与所述底部
7.根据权利要求6所述的压电致动器，其特征在于，不同的固着位置远离所述孔定位，使得在所述孔的位置处，所述连接元件和所述压电马达元件不接触彼此。
8.根据权利要求7所述的压电致动器，其特征在于，所述连接部件包括间隔环，所述间隔环用于间隔所述顶部连接箔元件与所述底部连接箔元件。
9.根据权利要求8所述的压电致动器，其特征在于，所述间隔环的外径明显小于所述压电马达元件中的孔的内径。
10.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述连接部件包括两个例如是衬垫环的衬垫元件，协助在所述顶部连接箔元件与所述底部连接箔元件之间提供机械连接，并将所述箔元件与所述压电马达元件间隔开。
11.根据权利要求10所述的压电致动器，其特征在于，所述连接部件的尺寸使得所述衬垫元件与所述压电马达元件的所述顶表面和所述底表面之间存在2微米至20微米量级的游隙。
12.根据前述权利要求中任一项所述的从属于权利要求5的压电致动器，其特征在于，在所述压电马达元件与所述连接箔之间设置有挠性回路，所述挠性回路用于对所述压电马达元件中的电极进行电气连接。
13.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述压电致动器还包括悬置元件，所述悬置元件用于悬置所述压电马达元件，使得所述压电马达元件能在垂直于驱动方向的方向上自由移动，同时防止在所述驱动方向上发生不希望的运动。
14.根据权利要求13所述的压电致动器，其特征在于，所述悬置元件包括两个悬置箔，即位于所述压电马达元件的顶侧处的一个悬置箔和位于所述压电马达元件的底侧处的一个悬置箔。
15.根据权利要求14所述的从属于权利要求5的压电致动器，其特征在于，所述悬置箔定位成，使得所述悬置箔位于所述连接箔的背向所述压电马达元件的侧部处，以及使得所述悬置箔与所述连接箔通过所述衬垫元件彼此间隔开。
16.根据权利要求15所述的压电致动器，其特征在于，所述悬置箔、所述衬垫元件和所述连接箔机械地彼此连接。
17.根据权利要求16所述的压电致动器，其特征在于，使用延伸穿过所述压电马达元件的所述中心孔的连接部件将所述悬置箔、所述衬垫元件和所述连接箔彼此机械连接。
18.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述压电马达元件是板状的。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种压电致动器，包括：
2.根据权利要求1所述的压电致动器，其特征在于，所述挠曲铰链在切向方向上是刚性的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述连接元件包括四个带有挠曲铰链的臂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，使用粘合剂将所述挠曲臂固定至所述压电马达元件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述连接元件包括两个箔元件，即位于所述压电马达元件的顶侧处的一个顶部连接箔元件，以及位于所述压电马达元件的底侧处的一个底部连接箔元件，所述顶部连接箔元件和所述底部连接箔元件具有带挠曲铰链的所述臂，用于接触所述压电马达元件，并且构造成分别在所述压电元件的顶表面处和所述压电马达元件的底表面处接触所述压电马达元件。
6.根据权利要求5所述的压电致动器，其特征在于，所述压电马达元件具有从所述顶表面穿过所述压电马达元件延伸至所述底表面的孔，并且其中，所述连接元件还包括穿过所述压电马达元件中的所述孔而定位的连接部件，所述连接部件机械地连接所述顶部连接箔元件与所述底部连接箔元件。
7.根据权利要求6所述的压电致动器，其特征在于，不同的固着位置远离所述孔定位，使得在所述孔的位置处，所述连接元件和所述压电马达元件不接触彼此。
8.根据权利要求7所述的压电致动器，其特征在于，所述连接部件包括间隔环，所述间隔环用于间隔所述顶部连接箔元件与所述底部连接箔元件。
9.根据权利要求8所述的压电致动器，其特征在于，所述间隔环的外径明显小于所述压电马达元件中的孔的内径。
10.根据前述权利要求中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述连接部件包括两个例如是...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·瓦乌曼斯，J·皮尔斯，
申请(专利权)人：爱克思永有限公司，
类型：发明
国别省市：
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