專利名稱：機電馬達，特別是壓電式微步驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機電馬達，特別是一種壓電式調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
在才幾動車的駕駛槍中嘗試實現(xiàn)i殳計和寺支術(shù)方面的最佳組合方 式。在此，在駕駛員的視野中存在著各種不同的顯示儀表。這些顯 示儀表不僅必須滿足各種不同的技術(shù)要求而且也必須具有對于機 動車的大批量生產(chǎn)來說的具有竟?fàn)幜Φ膬r格。這種顯示儀表的一個
實例是Siemens VDO ^>司的"Messwerk 2000"。
"Messwerk 2000，，基于一個在下方設(shè)置有單級的蝸輪變速器的 步進電機驅(qū)動裝置。四極的步進電機通過作為時間的函數(shù)的兩個以 90度的相位角彼此相位偏移的正弦類型的線圈電流曲線來控制。相 移的符號確定了電才幾軸的^:轉(zhuǎn)方向、頻率和4t轉(zhuǎn)速度。在正弦類型 的電流曲線的360度的全周期的范疇中可以重復(fù)i也調(diào)節(jié)直至128個 中間級。該中間級的應(yīng)用^皮稱為孩i步運4亍。
包括上述已表明了特征的步進電機的完整的調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置 "Messwerk 2000"包4舌十二個單個部件。步進電沖幾本身由帶有共同 的定子^反的兩個線圈和一個7:K^茲4爭子構(gòu)成。在吾M牛成本方面， 圈 和永磁體是最大的成本。除了材料成本之外，生產(chǎn)成本同樣對于價格是決定性的，該生產(chǎn)成本大約隨著調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的部件數(shù)量而成
比例:t也增長。
由EP 1 098 429 Bl公開了 一種根據(jù)新的馬達原理(也就是無旋轉(zhuǎn)的線圈)工作的才幾電馬達，其中，在運行期間通過對至少兩個枳』電驅(qū)動件的時間上4普置的才喿作來循環(huán)地*惟動驅(qū)動環(huán)，乂人而通過驅(qū)動
環(huán)的循環(huán)的4,移運動可以通過例如壓電i也、》茲致4申縮i也、電致伸縮地或者電動地驅(qū)動的作動器來誘發(fā)，從而獲得在材并+成本和生產(chǎn)成本方面更好地適合于大批量生產(chǎn)的調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置。壓電式作動器可被這樣地安裝在驅(qū)動環(huán)上，即其各自的行程徑向地作用到驅(qū)動環(huán)上，其中也許會采用其他的4晉施，以便實現(xiàn)在驅(qū)動環(huán)上的盡可能對稱的力傳導(dǎo)。
在最后提到的技術(shù)狀態(tài)下，獲得了在功能方面的優(yōu)化的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置具有最好的同步性能(旋轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定性不if又決于軸的當(dāng)前位置)，而沒有轉(zhuǎn)矩波動。然而，特別是彎曲作動器的縱向延伸和徑向布置卻帶來這才羊的問題，即平面的驅(qū)動裝置變體在平面中需要巨大的位置并且多數(shù)情況下都不是很緊湊的。然而，由于在駕駛艙儀表中預(yù)設(shè)的非常緊張的結(jié)構(gòu)空間比例的原因，緊湊的平面驅(qū)動裝置是迫切需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種在部件數(shù)量、生產(chǎn)成本、結(jié)構(gòu)空間需求以及功能性方面得到優(yōu)化的步進驅(qū)動裝置，特別是一種用于駕駛搶儀表的測量裝置的小型調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置。
7該目的通過才艮據(jù)4又利要求1所述的才幾電馬達、特別是壓電式微:步電才幾來實現(xiàn)。本發(fā)明的有利的i殳計方案和改進方案由下述的i兌明書、附圖和從屬權(quán)利要求給出。
根據(jù)本發(fā)明的機電的步進驅(qū)動裝置具有以下特征
兩個機電的、優(yōu)選為壓電式的驅(qū)動件(作動器)，該驅(qū)動件具有近似彼此垂直指向的作用方向；以及一個這樣可旋轉(zhuǎn)地支撐在驅(qū)
偏轉(zhuǎn)來激勵進4于可直4妄傳遞到軸上的推移運動，/人而4吏軸在驅(qū)動環(huán)中滾動并由此旋轉(zhuǎn)。此外，在驅(qū)動環(huán)上設(shè)計有兩個相對于兩個作用方向?qū)窍鄬υO(shè)置的緊固件，驅(qū)動環(huán)借助于緊固件通過各一個近似直角的角形件在各一個固定件上靈活地懸掛，角形件的腿分別朝向于其兩個端部而具有各一個4交鏈，其中，除此之外，角形件的四個月逸圍繞驅(qū)動環(huán)互補形成近似直角的、平4亍于兩個作用方向指向的框架，角形件這樣布置，即各自的緊固件借助于各自的角形件連接在其在框架中對角相對布置的固定件上。在此，角形件分別具有一個角件，角件彼此之間的間距借助于強制措施而保持不變，從而使驅(qū)動環(huán)可移動i也、4旦不可424爭;也懸4圭。
根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形懸掛裝置具有兩個分叉的懸掛元件(角形件)，其對角相對設(shè)置地作用在驅(qū)動環(huán)上并且各自的緊固件固定在其對角相對設(shè)置的點上，其中兩個角形件以旋轉(zhuǎn)葉片的類型以相同的旋轉(zhuǎn)方向圍繞驅(qū)動環(huán)布置，并具有最大限度的(180。)旋轉(zhuǎn)對稱，以及基于其元件或者說部件彼此之間的特殊的、4交接的連接而實現(xiàn)了一種"對角運動學(xué)結(jié)構(gòu)"。在該結(jié)構(gòu)中，與現(xiàn)有4支術(shù)相反地，不
點的徑向的力傳導(dǎo)，這是因為由非徑向的、偏心的力傳導(dǎo)所引起的、在驅(qū)動環(huán)上的轉(zhuǎn)矩-基于涉及角件的間距的強制措施，通過其實現(xiàn)了對靈活的環(huán)形懸掛裝置的扭轉(zhuǎn)自由度的抑制-由環(huán)形懸掛裝置基本上無扭轉(zhuǎn)地接收。這提供了驅(qū)動件的節(jié)省空間的布置的可能性，特別是沿著角形件的腿的內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)，也就是說(向外)直角的驅(qū)動環(huán)的例如平4亍于兩個在角部上方布置的側(cè)面。由J:匕可以實JE見調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的非常緊湊的、節(jié)省結(jié)構(gòu)空間的構(gòu)造。4艮據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的特征還在于，非常少的數(shù)量的簡單的部件，從而4吏其特別適合于大批量生產(chǎn)。此外，由于塑料和作動器的不同的熱膨月長性能而出現(xiàn)的驅(qū)動裝置的熱失調(diào)在結(jié)構(gòu)上可靠地;故阻止。通過形狀配合、例如借助于在驅(qū)動環(huán)與軸之間形成的齒部實現(xiàn)了在純祐L控制的運行中對根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的非常高的調(diào)節(jié)精度，而不必使用傳感器和控制電路。
根據(jù)本發(fā)明(有利于緊湊性能的優(yōu)化)不一定追求在驅(qū)動環(huán)上的完全對稱的力傳導(dǎo)?？紤]到功能而可能從其中得出的結(jié)果、例如
一步遵守客戶i兌明書。特別地，小的轉(zhuǎn)矩可以通過驅(qū)動件的調(diào)制純正弦形特性曲線的控制裝置來得到補償。
在本發(fā)明的 一 個特別有利的實施方式中，用于確保環(huán)形懸掛裝置的必需的抗扭剛性的強制措施由此實現(xiàn)，即平4于于驅(qū)動環(huán)的平面
來布置至少一個i殳計為桿或弓的定距片，該定距片的端部剛性;也與
角形件的角件連4妄。角形件的兩個角件的間距通過定距片4尋以確
定，這導(dǎo)致了環(huán)形懸掛裝置可以相對于兩個作用方向容易i也(也就是說幾乎不受力地)剪切。這樣設(shè)計的、具有對角運動學(xué)結(jié)構(gòu)的環(huán)形懸掛裝置相對于扭轉(zhuǎn)具有非常高的阻力。
在該實施方式的一個結(jié)構(gòu)上簡單或者說容易地可制造的改進方案中，角件至少在一側(cè)具有各一個垂直于驅(qū)動環(huán)的端部布置的軸
軸銷連"t矣，定3巨片具有空隙以用于4吏由驅(qū)動環(huán)所馬區(qū)動的軸無4妄觸;也穿過。為了簡單地實現(xiàn)對角的環(huán)形懸掛裝置的鉸接性能，角形件的腿分別借助于各一個固體鉸鏈連接到緊固件、角件以及固定件上。固
體4交鏈可以分別通過角形件的腿的短的部^殳中的4黃截面收縮部形成，這在制造技術(shù)方面是特別有利的。
在要實施的對角運動學(xué)結(jié)構(gòu)方面有利的是，固定件固定在近似矩形的、機械剛性的框架的對角相對設(shè)置的角中。在一個改進方案中，框架設(shè)計為步進驅(qū)動裝置的殼體部件。
兩個機電驅(qū)動件可以特別有利地設(shè)計為彎曲作動器，優(yōu)選地是壓電式彎曲作動器。
這種基于壓電式陶瓷材料的固體彎曲作動器在不同類型的結(jié)構(gòu)形式中多年以來在多種工業(yè)領(lǐng)域中使用。其特征在于小的結(jié)構(gòu)形式、低的能量需求以及高的可靠性。因此，壓電式彎曲作動器例如展示了在工業(yè)環(huán)境中至少為109的周期的4吏用壽命。例如用于顯示儀表的、應(yīng)用在小型調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置中的彎曲作動器典型地這樣確定尺寸，即它在其運動的端部上具有在大約0.2mm至2mm范圍中的自由偏轉(zhuǎn)。此外，在彎曲作動器的可自由運動的端部的偏轉(zhuǎn)^皮鎖止的情況下，實現(xiàn)了從0，5N至2N的范圍中的鎖止力。彎曲作動器的大約直線的偏轉(zhuǎn)分別沖黃向于其最大縱向延伸來實現(xiàn)。因此，對應(yīng)于彎曲作動器的作用方向的偏轉(zhuǎn)方向近似垂直于彎曲作動器的縱向軸線。
根據(jù)本發(fā)明的步進驅(qū)動裝置的一個特別緊湊的變體通過一種布置來實現(xiàn)，其中，彎曲作動器分別通過在其移動的端部上連4矣的、
幾乎平行于所配屬的彎曲作動器的作用方向來布置的拉壓桿而確交接在驅(qū)動環(huán)上，其中拉壓桿分別朝向于其兩個端部具有固體鉸鏈。
在此，各一個彎曲作動器和所配屬的拉壓桿在沿著驅(qū)動環(huán)的兩個側(cè)
面或(在驅(qū)動環(huán)未設(shè)計成垂直的情況下)的第二個一半部分上的角上來布置。通過兩個才幾電的、優(yōu)選地是壓電式驅(qū)動件在驅(qū)動環(huán)上的
這種剪切靈活(scherflexible )的4交4妾得到了4尤點，即它們的運動方
不計的輕微的阻力。在力傳導(dǎo)中也就不會出現(xiàn)能量損失。此外，彎曲作動器的這種布置或者i兌4交4妾4艮據(jù)該實施方式非常節(jié)省空間。
才艮據(jù)這種具有彎曲作動器的實施方式的一個改進方案有利的是，驅(qū)動環(huán)、角形件以及固定件構(gòu)成了以塑料噴射注塑技術(shù)一體制成的驅(qū)動模塊，其中彎曲作動器被一同注入到驅(qū)動才莫塊中。以塑料噴射注塑技術(shù)來制造驅(qū)動模塊是簡單且價廉的，其中，通過在噴射工序中包含多個彎曲作動器進一步降低了生產(chǎn)步驟的數(shù)量。
為了剛性地支撐驅(qū)動模塊或為了可旋轉(zhuǎn)地支撐所配屬的軸，有利的是，設(shè)計有近似正方形的、具有底才反元件和蓋的殼體，其中在底板元件中設(shè)計有中央軸承座，軸承座具有抵靠面和第 一軸承孔，并且在蓋中設(shè)計有用于軸的第二軸承孔，并且其中固定件這樣布置在殼體角部中并且在那里固定或者集成，即軸的至少 一個圓柱形的滾動面可以在驅(qū)動環(huán)的環(huán)孔的所配屬的-袞動面中;袞動。


參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式加以進一步說明。圖中示
出
圖1A和1B分別以俯視圖或以透視圖示出了用于根據(jù)本發(fā)明的步進驅(qū)動裝置的固定在殼體框架中的驅(qū)動才莫塊的實施方式，
圖2A和2B分別以與圖1相同的視圖示出了那里的驅(qū)動模塊，然而具有安裝上的彎曲作動器和定距片，圖3示出了沖艮據(jù)圖2的定距片的俯-見圖，
圖4A和4B分別以與圖1相同的視圖示出了用于支撐軸和驅(qū)動才莫塊的殼體-底纟反元件，
圖5A和5B分別以與圖1相同的視圖示出了匹配于根據(jù)圖4
的殼體的蓋，
圖6A和6B分別以與圖1相同的4見圖示出了帶外殼的、才艮據(jù)本發(fā)明的步進驅(qū)動裝置的部分裝配，
圖7A和7B分別以與圖1相同的視圖示出了弧形彈簧的^f見圖，
圖8A和8B分別以與圖1相同的4見圖示出了用于#4居本發(fā)明的步進驅(qū)動裝置的軸，
圖9示出了沿z軸線穿過處于裝配狀態(tài)中的帶外殼的驅(qū)動裝置的軸向的橫截面圖。
具體實施例方式
才艮據(jù)本發(fā)明才是出了一種壓電式步進電才幾，其允許通過疊加彎曲作動器的合適的周期性直線運動來產(chǎn)生連續(xù)和均勻的旋轉(zhuǎn)。為了這個目的，參看圖2，彎曲作動器19a， 19b借助于在x-y-平面中確保了可移動性能或者說剪切靈活性能的環(huán)形懸掛裝置(在該環(huán)形懸掛裝置中實現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的對角運動學(xué)結(jié)構(gòu))這樣連接在平的驅(qū)動環(huán)1上，即它可以沿著彎曲作動器19a, 19b的4皮此垂直的作用方向x和y (參看圖2)平移?；旧希?可集成在框架11里的)固定件12， 14與驅(qū)動環(huán)1、角形件36a， 36b、拉壓桿17a, 17b以及也許與集成的彎曲作動器19a， 19b —起構(gòu)成了單元，該單元在下
12面稱為"驅(qū)動模塊"。驅(qū)動模塊可以借助于噴射注塑技術(shù)由聚乙烯、
注塑-塑料、POM或者由其它合適的材料制成。
圖1以俯視圖和以透視圖示出了驅(qū)動模塊。其首先包括驅(qū)動環(huán) 1,該驅(qū)動環(huán)包括圓柱形的環(huán)孔2，該環(huán)孔的軸線例如與笛卡爾坐標(biāo) 系的z-軸線一致，該坐標(biāo)系的x-y平面平4亍于《會圖平面延伸。驅(qū)動 環(huán)1例如i殳計成矩形并利用其(外)邊纟彖或側(cè)面38平^f于指向于驅(qū) 動件19a, 19b的兩個彼此垂直的作用方向。在驅(qū)動環(huán)1上i殳計有 對角相對定位的緊固件3a， 3b。驅(qū)動環(huán)l借助于緊固件通過各一系 列布置的功能元件而靈活地懸掛在足夠機械剛性的框架11中，該 一系列布置的元件包括固體鉸鏈4a, 4b;第一腿(拉壓桿)5a， 5b;固體鉸鏈6a， 6b;角件7a， 7b;固體鉸鏈8a， 8b;第二腿(拉 壓桿)9a， 9b;以及另 一個固體4交鏈10a, 10b。該兩個系列的布置 在下面分別也稱為角形件36a或角形件36b。
框架11在該實施例中同時構(gòu)成了驅(qū)動裝置殼體的一部分并且 可以在必要時具有加強部12， 13, 14 (例力口在角中和邊中)。沖匡架 11可以用于固定調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置、特別是固定件12， 14并且因此設(shè) 計為空間固定的。月逸(4i壓^干)5a, 9a或5b, 9b大約4皮此垂直以 及大約平4亍于上面定義的坐標(biāo)系的x-軸線(例如片干5a， 5b)或y-軸線(例如桿9a， 9b)來布置。腿5a， 5b， 9a， 9b足夠機械剛性 地相對于在運行中出現(xiàn)的拉壓力和橫向力(彎曲)設(shè)計，從而使其 可以被非常近似地作為剛性體來考慮?；诤线m地設(shè)計的固體鉸鏈 4a, 4b, 6a， 6b, 8a， 8b， 10a, 10b，環(huán)形懸掛裝置獲得了其相對 于環(huán)在x-y平面中的移動和環(huán)相對于z-軸線相對于框架11的扭轉(zhuǎn)的 靈活性。固體鉸鏈能夠?qū)崿F(xiàn)，如通常使用的鉸鏈一樣(然而僅在一 個受限制的角度范圍之內(nèi)，但是對此為無間隙的)，連接上的元件 ^波此之間幾乎暢通無阻的^:轉(zhuǎn)。其功能以彎曲原理為基礎(chǔ)。局部的 彎曲通過有目的地將桿4黃截面收縮成短的部萃殳來實現(xiàn)。減小的桿才黃截面導(dǎo)致了劇烈下降的彎曲剛度。因為橫截面收縮部非常局部化， 但是各自的桿的軸向彈簧剛度(剛度)卻幾乎沒有減小。
才艮據(jù)本發(fā)明的環(huán)形懸掛裝置具有以下顯著的性能和功能
如果驅(qū)動環(huán)1例如在x-方向上相對于框架11以一個路段dx移 動，該路段與典型的桿長度1相比是小的，那么桿5a， 5b以及進 而角件7a， 7b也同步共同運動，而不會4吏其位置相對于驅(qū)動環(huán)1 發(fā)生變化，反之，桿9a， 9b輕微地圍繞角度^ dx/l《1旋轉(zhuǎn)。由 于角度c])的微小性，角件7a， 7b的y坐標(biāo)在移動時幾乎保持不變。 由此4足成了 ，即角件7a ， 7b 4皮此之間相對的間3巨在移動期間在x-方向上不發(fā)生變化或〗又發(fā)生可忽略的輕孩史變化。類似的考慮也適合 于驅(qū)動環(huán)1在y-方向上以一個游、敬dy的移動，其相^"于典型的4干 長度是小的。
所獲得的作為重要的結(jié)果是驅(qū)動環(huán)1在x-y-平面中的平移不 使得角件7a， 7b的間距發(fā)生變化。與移動伴隨發(fā)生的輕微的桿旋 轉(zhuǎn)由固體4交鏈4a， 4b， 6a， 6b， 8a， 8b, 10a， 10b容易;也4妄^:。
如果驅(qū)動環(huán)1圍繞z軸線例如以順時針方向旋轉(zhuǎn)了一個小的角 度，則因此緊固件3a, 3b的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)彼此相對發(fā)生變化并 且相對于框架11反向地發(fā)生變化。如果由旋轉(zhuǎn)所引起地，緊固件 3a的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)圍繞值dx和dy發(fā)生變化，則因此與旋轉(zhuǎn)軸保 持同樣間距的對角面對定位的緊固件3b的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)同時圍
繞值dx和dy發(fā)生變化。緊固件3a, 3b的在x方向上相對于框架 11的反向移動通過桿9a， 9b的輕微的旋轉(zhuǎn)被接收。角件7a, 7b與 緊固件一起在x方向上進4亍反向移動，這是因為其相對于x方向剛 性地連接在環(huán)1上，但是可容易地相對于框架11旋轉(zhuǎn)。
14緊固件3a, 3b的在y方向上相》于于沖匡架11的反向移動通過一干 5a， 5b的輕微的旋轉(zhuǎn)被接收。角件7a, 7b不與緊固件3a, 3b — 起進行反向的y-移動，這是因為其相對于y方向可容易地在驅(qū)動環(huán) 1上旋轉(zhuǎn)，但是剛性地通過桿9a， 9b連接在框架11上。
此外得出的重要的結(jié)果是驅(qū)動環(huán)1的相對于z軸線的旋轉(zhuǎn)使 得角件7a， 7b的間距發(fā)生變化。與環(huán)旋轉(zhuǎn)伴隨發(fā)生的輕微的桿旋 4爭由固體4交鏈4a, 4b, 6a， 6b， 8a, 8b， 10a， 10b容易i也4妄^:。
為了形成環(huán)形懸掛裝置，驅(qū)動環(huán)l在x-y平面上的未受阻的移 動能夠?qū)崿F(xiàn)圍繞著與典型的桿長度相比小的路徑，但是對環(huán)1的圍 繞z軸線的旋轉(zhuǎn)施加了非常高的阻力，必需的是，通過強制4晉施、 例如桿或弓來使得角件7a, 7b的間距保持不變。為了固定住合適 的定距片，角件7a， 7b,如在圖1B中可看到的，在《會圖平面上方 和下方配有各一個或兩個軸銷7.1, 7.2。
環(huán)形懸掛裝置的這樣形成的結(jié)構(gòu)，其在此稱為對角運動學(xué)結(jié) 構(gòu)，是非?？古さ摹Ｒ虼?，根據(jù)本發(fā)明不必再重視由作動器所提供 的力在驅(qū)動環(huán)1中相對于環(huán)孔2的中心點的徑向的力傳遞，這是因 為由大約偏心的、非徑向的力傳遞所引起的、在驅(qū)動環(huán)l上的轉(zhuǎn)矩 通過在此所描述的對角運動學(xué)結(jié)構(gòu)抗扭地被接收并引導(dǎo)到框架11 上。
為了連接條形形式的固體彎曲作動器的驅(qū)動件，合適地設(shè)計有 (如在圖1A中可看到地)容納體15a, 15b以用于其移動的端部， 其分別通過固體4交鏈16a, 16b、才立壓桿17a， 17b以及另一個固體 鉸鏈18a, 18b而固定在驅(qū)動環(huán)1上。所引起的在環(huán)形懸掛裝置中 的偏轉(zhuǎn)的運動范圍為l又大約100樣i米。圖2示出了驅(qū)動模塊，具有插入的固體彎曲作動器19a， 19b 的，其在下面4又稱為短的作動器；以及兩個定距片20。在所示出的 示例性的配置中，作動器19a， 19b在其靜止的端部上積4戒剛性;也 固定在框架11中并且大約彼此垂直地布置。作動器19a, 19b在框 架11上的連接部的剛性可以通過框架11的加強部或者i兌固定件 12， 13而得以提高。此夕卜，可以在框架11中和特別是在加強部12, 13中設(shè)計有在此未示出的4普施以^更實現(xiàn)作動器19a， 19b在其靜止 的端部上以夾緊彈簧觸頭或者壓力彈簧觸頭等形式發(fā)生的電接觸。
可選地，作動器19a, 19b代^#地也可以在其移動的部,殳中或 在其移動的端部中發(fā)生電4姿觸。
如果作動器19a， 19b被電控制，則其進行彎曲運動，其中其 運動的端部基本上實施垂直于其縱向延伸的運動。因此在電控制的 情況下，作動器19a的運動的端部基本上進4于在x方向上的運動， 以及作動器19b的運動的端部基本上進4于y方向上的運動。
作動器19a， 19b的運動方向也一爾為作用方向。
作動器19a, 19b的運動的端部由容納體15a， 15b包圍并機械
剛性地和無間隙地保持，從而使容納體可以接收由作動器所產(chǎn)生的 壓力和4i力或者i兌壓力運動和4立力運動，并且可以通過固體4交鏈 16a, 16b傳遞到大約平行于配屬的作動器的作用方向而指向的4立壓 桿17a, 17b并從那里通過連接的固體鉸鏈18a， 18b傳遞到驅(qū)動環(huán) 1上。容納體、固體鉸鏈、拉壓桿(其大約平行于各自的作動器作 用方向指向)、固體鉸鏈和驅(qū)動環(huán)1的系列布置提供了優(yōu)點受原
動器和驅(qū)動環(huán)之間傳遞。因此兩個大約垂直布置的作動器19a， 19b 完全4皮此獨立地作用于驅(qū)動環(huán)1,而不會相互影響。作動器特別地度來工作。也就使得彎曲作動器19a, 19b的運動實現(xiàn)了去耦。
如果彎曲作動器被電控制，則其因此大約以圓弧的形式而彎 曲，由此，曲線在作動器的移動的端部上的正切曲線殺+率發(fā)生變4匕。 這種類型的"旋轉(zhuǎn)運動"通過固體4交鏈16a， 16b ， 18a, 18b而被 可靠地吸收。同樣地，作動器長度相對于驅(qū)動才莫塊的變化(例如通 過對角運動學(xué)結(jié)構(gòu)的和作動器材料的不同的熱膨月長)通過具有固體 鉸鏈16a， 16b , 18a, 18b的拉壓桿耦合件17a， 17b而-皮可靠地 吸收，其方法是桿17a, 17b最小程度地旋轉(zhuǎn)，而不會由此損害 其力-或者路徑-傳遞功能。
環(huán)形懸掛裝置的抗扭剛度通過定距片20得以確保，其例如通 過將合適地設(shè)計的穿孔21壓到角件7a， 7b的軸銷7.1， 7.2上而與
其機械剛性連接。
綜上所述可以確定彎曲作動器19a和19b共同〗吏纟尋驅(qū)動環(huán)1 完全4皮此獨立地在x-或y-方向上相對于固定件12和14移動。環(huán)的 扭轉(zhuǎn)通過對角運動學(xué)結(jié)構(gòu)而#1阻止。
此外，驅(qū)動才莫塊的殼體框架11在其上側(cè)和下側(cè)上具有環(huán)繞邊 緣24用于定位精確地插入蓋和底板，如其在下面還要進一步說明
地那樣。
圖3示出了定距片20,其具有與適合于擠壓連接的角件7a, 7b的軸銷7.1， 7.2相匹配的穿孔21。定距片20具有足夠高的、在 (置于穿孔21的軸中的)力屈服點之間的壓拉剛度。
定距片20可以備選地包括固體4交鏈22,以便不對角件7a， 7b 的可能是輕微的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生阻力?？障?3用于無接觸地處理軸。為了在步進電動機中實現(xiàn)與驅(qū)動模塊相聯(lián)系的對角運動學(xué)結(jié) 構(gòu)的原理，還需要軸和盡可能無間隙的、但可旋轉(zhuǎn)的同一軸承結(jié)構(gòu)，
以及驅(qū)動;漠塊的剛性的軸承結(jié)構(gòu)
圖4示出了為此與殼體框架11聯(lián)系的合適的底板元件。其包 括與驅(qū)動才莫塊的沖醫(yī)形部件的環(huán)繞邊纟象24緊密配合的環(huán)繞凹槽25， 其在底板元件18插入驅(qū)動才莫塊中的情況下確保了 軸7|義孔26的孔 軸對應(yīng)地抵靠于環(huán)1的環(huán)孔2的軸。軸承孑L 26的直徑緊密配合于 通向軸39的圓柱形的滑動面(參看圖9),其共同構(gòu)成了第一個無 間隙但低摩擦的旋轉(zhuǎn)軸承以用于軸39。中央軸承座28的端面27用 作為用于軸39的抵靠面，以使得軸39的滾動面在同樣的高度上抵 靠于環(huán)孔2。
圖5示出了適合于殼體框架11的蓋，其在其下側(cè)同樣也具有 環(huán)繞凹槽，其與驅(qū)動才莫塊的環(huán)繞邊緣24緊密配合，乂人而〗吏得在蓋 插入驅(qū)動模塊中的情況下，軸承孔29的軸對應(yīng)地抵靠于環(huán)孔2的 軸。軸厚義孔29的直徑緊密配合于通向軸39的第二個圓柱形的滑動 面，其共同構(gòu)成了第二個無間隙但低摩擦的旋轉(zhuǎn)軸承以用于軸39 (參看圖8和9)。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的部分裝配，具有插 入在殼體框架11中的底板元件；插入的作動器19a， 19b,插入的 定3巨片20以&4翁入的壽由39 。
圖7示出了合適的弧形彈簧103。其包括孔30以便使軸穿過， 由此確保了其在運4于時不能"移走"?；⌒螐椈?03在面31上方 接近于孔軸以接觸線的形式支撐在軸39上，以便使得通過摩擦而 產(chǎn)生的到軸39上的制動轉(zhuǎn)矩保持得盡可能小。在遠處的外部的下 方的面32用于將弧形彈簧103支撐在蓋表面上?；⌒螐椈?03的 力足夠地測定，以便使軸39在所有的運行狀態(tài)下可靠地保持為抵靠于底板元件的軸承座208的抵靠面27上，但是也盡可能小地保 持，以便避免很大的、能夠阻止軸39的旋轉(zhuǎn)的摩擦力。這樣確保 了驅(qū)動環(huán)1和軸39的滾動面在所有的運4于條件下足夠4青確地在 z-方向上彼此定位保持。
圖8示出了合適的軸39。該軸具有兩個圓柱形的滑動軸卩K面 33, 34,該滑動軸岸義面與軸^K孔29, 26的圓柱形的內(nèi)表面緊密配 合；以及至少一個圓柱形的滾動面35,其與驅(qū)動環(huán)1的環(huán)孔2的至 少一個滾動面105緊密配合。面33的軸向的延長部用于將各自的、 由步進電動機來驅(qū)動的元件連接至軸39。
圖9示出了沿著z-軸線穿過處于裝配狀態(tài)下的驅(qū)動裝置的軸向 的橫截面。其特別示出了其組件」波此之間的位置。軸39可以在兩 個位置上以狹窄的間隙配合的形式利用滑動面對33， 101和34, 102 來圍繞z-軸線進行低摩擦地旋轉(zhuǎn)，但是機械剛性地彼此平移支撐。 合適的弧形彈簧103在與抵靠面27的共同作用的情況下使軸39相 對于z-方向低摩擦地固定住。驅(qū)動模塊在靜止?fàn)顟B(tài)中使環(huán)孔2的滾 動面105保持為同心的并且也保持在z-方向上在相對于軸39的滾 動面35的合適的位置上。
借助于合適的電控制功能，彎曲作動器19a, 19b分別在其移 動的端部上以正弦形或余弦形的時間過程曲線進4亍圍繞4爭止位置 的偏轉(zhuǎn)，由此，環(huán)孔2的滾動面105 4呆持4氐靠于軸39的滾動面35 并且以圓形的位移運動的形式圍繞軸39的滾動面35運動以及由此 使得軸39轉(zhuǎn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。借助于驅(qū)動環(huán)1的x-或y-偏轉(zhuǎn)的相對的 相位來確定旋轉(zhuǎn)方向和借助于控制頻率來確定旋轉(zhuǎn)速度。
在最簡單的情況下，/人驅(qū)動環(huán)1到軸39的力傳遞通過摩4察來 實現(xiàn)。在此可以取決于這種構(gòu)造的調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的、作用到軸39 上的負載轉(zhuǎn)矩而滑脫，由此降低了調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的精度。優(yōu)選地，通過引入驅(qū)動環(huán)1的和軸39的》袞動面之間的形狀配合4牛來減少滑 脫，特別是用這種方法在驅(qū)動環(huán)1的內(nèi)表面105上和在軸39的 外表面35上安裝齒部，從而減少滑脫。在此，驅(qū)動環(huán)1和軸39優(yōu) 選地具有不同的齒lt量，該數(shù)量差至少為1。這意^木著驅(qū)動環(huán)1 的內(nèi)表面105的齒部比軸39的外表面35至少多出一個齒4侖。如果 驅(qū)動環(huán)1和軸39在調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置內(nèi)部這才羊凈皮才喿》從，即齒部未脫出 嚙合，則調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置以理想的方式不滑脫地工作。
驅(qū)動環(huán)1的和軸39的"l罷線齒部^皮看作為特別^尤選的。在4S線 的齒部的情況下，所有齒中的幾乎一半p齒合，由此可以在驅(qū)動環(huán)1 與軸39之間傳輸很高的轉(zhuǎn)矩。首先，通過在驅(qū)動環(huán)1的內(nèi)表面105 上的和在軸39的外表面35上的齒的數(shù)量確定了調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的傳 動比，其典型;也在,人20: 1至200: l之間的范圍中。為了進一步 使調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置被調(diào)整出僅僅一個齒的距離，也就是說進一步使得 軸39通過驅(qū)動環(huán)1旋轉(zhuǎn)一個齒的距離，優(yōu)選地必須經(jīng)歷調(diào)節(jié)驅(qū)動 裝置的控制中的正弦信號的完整的周期。由于為了進一步調(diào)節(jié)出一 個齒的距離而必須經(jīng)歷控制信號的一個周期，因此調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的 特征在于高的精度和高的重復(fù)精度。此外，通過齒的數(shù)量以及對于 每個齒的控制信號的周期的應(yīng)用而實現(xiàn)了調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的高的角 度分辨率。對此補充地可以任意地在控制信號的周期之內(nèi)插值，以 4更確保調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的孩i步運行。因此，調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置纟艮據(jù)優(yōu)選的 配置而提供了高效率、高傳動比、高的可傳輸轉(zhuǎn)矩(基于驅(qū)動環(huán) 1的和軸39的齒部)、在傳輸轉(zhuǎn)矩時的不滑脫性能、在軸39 (微步 運行)的齒之內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度的任意插值、少的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩波動(波動) 以及對于驅(qū)動環(huán)1和軸39的低的齒面負載，乂人而同樣也降低了磨 損。
權(quán)利要求
1.一種機電馬達，特別是壓電式微步驅(qū)動裝置，具有-兩個機電的驅(qū)動件(19a，19b)，所述驅(qū)動件具有近似彼此垂直指向的作用方向，-一個這樣可旋轉(zhuǎn)地支撐在驅(qū)動環(huán)(1)中的軸(39)，即所述驅(qū)動環(huán)(1)可通過所述機電驅(qū)動件(19a，19b)在各自的作用方向上的偏轉(zhuǎn)來激勵進行可直接傳遞到所述軸(39)上的推移運動，從而使所述軸(39)在所述驅(qū)動環(huán)(1)中滾動并由此旋轉(zhuǎn)，同時-在所述驅(qū)動環(huán)(1)上設(shè)計有兩個相對于所述兩個作用方向?qū)窍鄬υO(shè)置的緊固件(3a，3b)，所述驅(qū)動環(huán)(1)借助于所述緊固件通過各一個近似直角的角形件(36a，36b)在各一個固定件(12，14)上靈活地懸掛，所述角形件的腿(5a，5b，9a，9b)分別朝向于所述腿的兩個端部具有各一個鉸鏈，-其中所述角形件(36a，36b)的四個腿(5a，5b，9a，9b)圍繞所述驅(qū)動環(huán)(1)互補形成近似直角的、平行于所述兩個作用方向指向的框架，所述角形件這樣布置，即各自的所述緊固件(3a，3b)借助于各自的所述角形件(36a，36b)連接在其在所述框架中對角相對布置的固定件(12，14)上，以及-其中所述角形件(36a，36b)分別具有一個角件(7a，7b)，所述角件彼此之間的間距借助于強制措施而保持不變，從而使所述驅(qū)動環(huán)(1)可推移地、但并不扭轉(zhuǎn)地懸掛。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機電馬達，其中，平行于所述驅(qū)動環(huán)(1 ) 的平面布置至少 一個i殳計為桿狀物或弓狀物的定距片(20 )， 所述定距片的端部剛性地與所述角形件(36a， 36b)的所述角 件(7a, 7b)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機電馬達，其中，所述角件(7a， 7b) 至少分別在一側(cè)具有垂直于所述驅(qū)動環(huán)(1)的平面布置的軸 銷(7.1， 7.2)，并且其中，所述定3巨片(20)的端部可以分別 借助于穿孔(21)與各自的所述角件(7a, 7b)的各自的所述 軸銷(7.1, 7.2)連接，所述定距片具有空隙(23)以用于使 由所述驅(qū)動環(huán)(1)驅(qū)動的軸(39)無4妄觸地穿過。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的機電馬達，其中，所述角形件(36a， 36b)的所述腿(5a， 5b， 9a, 9b)分別借助于各一個固體鉸 《連(4a, 4b, 6a, 6b, 8a, 8b， 10a， 10b)連4妾到所述緊固4牛(3a， 3b)、所述角4牛(7a, 7b)以及所述固定4牛(12， 14)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機電馬達，其中，所述固體鉸鏈(4a， 4b， 6a， 6b, 8a, 8b， 10a， 10b)分別通過所述角形4牛(36a， 36b)的所述腿(5a, 5b， 9a， 9b)的短的部段中的橫截面收 縮部形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的機電馬達，其中，所述固 定件(12， 14)固定在近似矩形的、機械剛性的框架(11 )的 對角相對設(shè)置的角中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機電馬達，其中，所述框架(11 )設(shè)計 為所述步進驅(qū)動裝置的殼體部件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的機電馬達，所述機電馬達 的兩個才幾電驅(qū)動件(19a， 19b)是彎曲作動器，優(yōu)選地是壓電 式彎曲作動器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機電馬達，其中，所述彎曲作動器(19a,19b)分別通過在其移動的端部上連接的、幾乎平行于所配屬的所述彎曲作動器的所述作用方向來布置的4立壓桿(17a, 17b)鉸接在所述驅(qū)動環(huán)(1 )上，其中所述拉壓桿(17a， 17b)分別朝向于其兩個端部具有固體4交^t連(16a, 16b, 18a， 18b),以及其中各一個彎曲作動器(19a， 19b)和所配屬的所述4i壓桿(17a， 17b)在沿著所述驅(qū)動環(huán)(1)的兩個側(cè)面(38)或者驅(qū)動環(huán)(1)的一半的角上布置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機電馬達，其中，所述驅(qū)動環(huán)(l)、所述角形件(36a， 36b)以及所述固定件(12， 14)構(gòu)成了以塑料噴射注塑技術(shù)一體制成的驅(qū)動模塊，其中所述彎曲作動器(19a， 19b) -波一同注入到所述驅(qū)動才莫塊中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的機電馬達，其中，近似正方形的殼體設(shè)計具有底板元件和蓋，其中，在所述底4反元件中i殳計有具有4氐靠面(27)和第一軸^c孔(26)的中央軸4義座(28)，以及在所述蓋中設(shè)計有用于所述軸(39)的第二軸承孑L(29)，以及其中，所述固定件(12， 14)這樣布置在殼體角部中并且在那里固定或者集成，即所述軸(39)的至少一個圓柱形的滾動面(35)可以在所述驅(qū)動環(huán)(1)的環(huán)孔(2)的所配屬的;袞動面(105)中-袞動。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的機電馬達，其中，所述軸(39)設(shè)計具有盤形的中間件，所述中間件的第 一環(huán)形的端面平》文在所述軸岸、座(28 )上，并且所述中間件的周向表面形成了所述軸(39 )的所述圓柱形的滾動面(35)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的機電馬達，其中，為了確保在所述軸(39)的軸線的z方向上的固定而i殳計有弧形彈簧(103)，所述弧形彈簧配備有孔(30)以侵z使所述軸(39)穿過，所述弧形彈簧一方面支撐在所述軸(39 )的所述盤形的中間件的第二環(huán)形的端面上，以及另一方面在裝配了蓋的情況下支撐在所述蓋的表面上，/人而輕易地防止了所述軸(39)的方炎轉(zhuǎn)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的機電馬達，其中，為了在所述驅(qū)動環(huán)(1)的所述環(huán)孔(2)的內(nèi)表面(105)上以及在所述軸(39)的所述配屬的滾動面(35)上實現(xiàn)形狀配合的力傳遞而安裝了齒部，特別是擺線齒部。
全文摘要
一種電動機，包括兩個驅(qū)動件(19a，19b)，特別是壓電式彎曲作動器，具有彼此垂直指向的作用方向。這些作動器(19a，19b)作用在驅(qū)動環(huán)(1)上，從而由此使軸(39)旋轉(zhuǎn)。在驅(qū)動環(huán)(1)上設(shè)計有兩個對角相對設(shè)置的緊固件(3a，3b)，驅(qū)動環(huán)(1)借助于該緊固件通過各一個鉸接的角形件(36a，36b)在各個對角相對于各個緊固件(3a，3b)設(shè)置的固定件(12，14)上靈活地懸掛。這獲得了緊湊的驅(qū)動裝置，其具有非徑向鉸接在驅(qū)動環(huán)(1)上的作動器。
文檔編號H01L41/09GK101681988SQ200880016583
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者伯恩哈德·戈特利布, 卡爾-海因茨·米滕比勒, 卡斯滕·瓦倫豪爾, 安德烈亞斯·卡佩爾, 海因里希-約亨·布盧默, 羅伯特·沃爾夫?qū)せ麪? 蒂姆·施韋貝爾 申請人:大陸汽車有限責(zé)任公司