機電馬達，特別是壓電式微步驅動裝置的製作方法

2023-06-06 04:17:51

專利名稱：機電馬達，特別是壓電式微步驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機電馬達，特別是一種壓電式調節驅動裝置。
背景技術：
在才幾動車的駕駛槍中嘗試實現i殳計和寺支術方面的最佳組合方 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要求而且也必須具有對於機 動車的大批量生產來說的具有竟爭力的價格。這種顯示儀表的一個
實例是Siemens VDO ^>司的"Messwerk 2000"。
"Messwerk 2000，，基於一個在下方設置有單級的蝸輪變速器的 步進電機驅動裝置。四極的步進電機通過作為時間的函數的兩個以 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^:轉方向、頻率和4t轉速度。在正弦類型 的電流曲線的360度的全周期的範疇中可以重複i也調節直至128個 中間級。該中間級的應用^皮稱為孩i步運4亍。
包括上述已表明了特徵的步進電機的完整的調節驅動裝置 "Messwerk 2000"包4舌十二個單個部件。步進電衝幾本身由帶有共同 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，生產成本同樣對於價格是決定性的，該生產成本大約隨著調節驅動裝置的部件數量而成
比例:t也增長。
由EP 1 098 429 Bl公開了 一種根據新的馬達原理(也就是無旋轉的線圈)工作的才幾電馬達，其中，在運行期間通過對至少兩個枳』電驅動件的時間上4普置的才喿作來循環地*惟動驅動環，乂人而通過驅動
環的循環的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動的作動器來誘發，從而獲得在材並+成本和生產成本方面更好地適合於大批量生產的調節驅動裝置。壓電式作動器可被這樣地安裝在驅動環上，即其各自的行程徑向地作用到驅動環上，其中也許會採用其他的4晉施，以便實現在驅動環上的儘可能對稱的力傳導。
在最後提到的技術狀態下，獲得了在功能方面的優化的驅動裝置，該驅動裝置具有最好的同步性能(旋轉速度的穩定性不if又決於軸的當前位置)，而沒有轉矩波動。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，即平面的驅動裝置變體在平面中需要巨大的位置並且多數情況下都不是很緊湊的。然而，由於在駕駛艙儀表中預設的非常緊張的結構空間比例的原因，緊湊的平面驅動裝置是迫切需要的。

發明內容
本發明的目的在於，提出一種在部件數量、生產成本、結構空間需求以及功能性方面得到優化的步進驅動裝置，特別是一種用於駕駛搶儀表的測量裝置的小型調節驅動裝置。
7該目的通過才艮據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。本發明的有利的i殳計方案和改進方案由下述的i兌明書、附圖和從屬權利要求給出。
根據本發明的機電的步進驅動裝置具有以下特徵
兩個機電的、優選為壓電式的驅動件(作動器)，該驅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地支撐在驅
偏轉來激勵進4於可直4妄傳遞到軸上的推移運動，/人而4吏軸在驅動環中滾動並由此旋轉。此外，在驅動環上設計有兩個相對於兩個作用方向對角相對設置的緊固件，驅動環藉助於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於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動環互補形成近似直角的、平4亍於兩個作用方向指向的框架，角形件這樣布置，即各自的緊固件藉助於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藉助於強制措施而保持不變，從而使驅動環可移動i也、4旦不可424爭;也懸4圭。
根據本發明的環形懸掛裝置具有兩個分叉的懸掛元件(角形件)，其對角相對設置地作用在驅動環上並且各自的緊固件固定在其對角相對設置的點上，其中兩個角形件以旋轉葉片的類型以相同的旋轉方向圍繞驅動環布置，並具有最大限度的(180。)旋轉對稱，以及基於其元件或者說部件彼此之間的特殊的、4交接的連接而實現了一種"對角運動學結構"。在該結構中，與現有4支術相反地，不
點的徑向的力傳導，這是因為由非徑向的、偏心的力傳導所引起的、在驅動環上的轉矩-基於涉及角件的間距的強制措施，通過其實現了對靈活的環形懸掛裝置的扭轉自由度的抑制-由環形懸掛裝置基本上無扭轉地接收。這提供了驅動件的節省空間的布置的可能性，特別是沿著角形件的腿的內側和/或外側，也就是說(向外)直角的驅動環的例如平4亍於兩個在角部上方布置的側面。由J:匕可以實JE見調節驅動裝置的非常緊湊的、節省結構空間的構造。4艮據本發明的調節驅動裝置的特徵還在於，非常少的數量的簡單的部件，從而4吏其特別適合於大批量生產。此外，由於塑料和作動器的不同的熱膨月長性能而出現的驅動裝置的熱失調在結構上可靠地;故阻止。通過形狀配合、例如藉助於在驅動環與軸之間形成的齒部實現了在純祐L控制的運行中對根據本發明的驅動裝置的非常高的調節精度，而不必使用傳感器和控制電路。
根據本發明(有利於緊湊性能的優化)不一定追求在驅動環上的完全對稱的力傳導。考慮到功能而可能從其中得出的結果、例如
一步遵守客戶i兌明書。特別地，小的轉矩可以通過驅動件的調製純正弦形特性曲線的控制裝置來得到補償。
在本發明的 一 個特別有利的實施方式中，用於確保環形懸掛裝置的必需的抗扭剛性的強制措施由此實現，即平4于于驅動環的平面
來布置至少一個i殳計為杆或弓的定距片，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，這導致了環形懸掛裝置可以相對於兩個作用方向容易i也(也就是說幾乎不受力地)剪切。這樣設計的、具有對角運動學結構的環形懸掛裝置相對於扭轉具有非常高的阻力。
在該實施方式的一個結構上簡單或者說容易地可製造的改進方案中，角件至少在一側具有各一個垂直於驅動環的端部布置的軸
軸銷連"t矣，定3巨片具有空隙以用於4吏由驅動環所馬區動的軸無4妄觸;也穿過。為了簡單地實現對角的環形懸掛裝置的鉸接性能，角形件的腿分別藉助於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，這在製造技術方面是特別有利的。
在要實施的對角運動學結構方面有利的是，固定件固定在近似矩形的、機械剛性的框架的對角相對設置的角中。在一個改進方案中，框架設計為步進驅動裝置的殼體部件。
兩個機電驅動件可以特別有利地設計為彎曲作動器，優選地是壓電式彎曲作動器。
這種基於壓電式陶瓷材料的固體彎曲作動器在不同類型的結構形式中多年以來在多種工業領域中使用。其特徵在於小的結構形式、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環境中至少為109的周期的4吏用壽命。例如用於顯示儀表的、應用在小型調節驅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範圍中的自由偏轉。此外，在彎曲作動器的可自由運動的端部的偏轉^皮鎖止的情況下，實現了從0，5N至2N的範圍中的鎖止力。彎曲作動器的大約直線的偏轉分別衝黃向於其最大縱向延伸來實現。因此，對應於彎曲作動器的作用方向的偏轉方向近似垂直於彎曲作動器的縱向軸線。
根據本發明的步進驅動裝置的一個特別緊湊的變體通過一種布置來實現，其中，彎曲作動器分別通過在其移動的端部上連4矣的、
幾乎平行於所配屬的彎曲作動器的作用方向來布置的拉壓杆而確交接在驅動環上，其中拉壓杆分別朝向於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杆在沿著驅動環的兩個側
面或(在驅動環未設計成垂直的情況下)的第二個一半部分上的角上來布置。通過兩個才幾電的、優選地是壓電式驅動件在驅動環上的
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。在力傳導中也就不會出現能量損失。此外，彎曲作動器的這種布置或者i兌4交4妾4艮據該實施方式非常節省空間。
才艮據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，驅動環、角形件以及固定件構成了以塑料噴射注塑技術一體製成的驅動模塊，其中彎曲作動器被一同注入到驅動才莫塊中。以塑料噴射注塑技術來製造驅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步驟的數量。
為了剛性地支撐驅動模塊或為了可旋轉地支撐所配屬的軸，有利的是，設計有近似正方形的、具有底才反元件和蓋的殼體，其中在底板元件中設計有中央軸承座，軸承座具有抵靠面和第 一軸承孔，並且在蓋中設計有用於軸的第二軸承孔，並且其中固定件這樣布置在殼體角部中並且在那裡固定或者集成，即軸的至少 一個圓柱形的滾動面可以在驅動環的環孔的所配屬的-袞動面中;袞動。


參照附圖對本發明的優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於根據本發明的步進驅動裝置的固定在殼體框架中的驅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裡的驅動模塊，然而具有安裝上的彎曲作動器和定距片，圖3示出了衝艮據圖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於支撐軸和驅動才莫塊的殼體-底糹反元件，
圖5A和5B分別以與圖1相同的視圖示出了匹配於根據圖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、才艮據本發明的步進驅動裝置的部分裝配，
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見圖示出了用於#4居本發明的步進驅動裝置的軸，
圖9示出了沿z軸線穿過處於裝配狀態中的帶外殼的驅動裝置的軸向的橫截面圖。
具體實施例方式
才艮據本發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生連續和均勻的旋轉。為了這個目的，參看圖2，彎曲作動器19a， 19b藉助於在x-y-平面中確保了可移動性能或者說剪切靈活性能的環形懸掛裝置(在該環形懸掛裝置中實現了根據本發明的對角運動學結構)這樣連接在平的驅動環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。基本上，(可集成在框架11裡的)固定件12， 14與驅動環1、角形件36a， 36b、拉壓杆17a, 17b以及也許與集成的彎曲作動器19a， 19b —起構成了單元，該單元在下
12面稱為"驅動模塊"。驅動模塊可以藉助於噴射注塑技術由聚乙烯、
注塑-塑料、POM或者由其它合適的材料製成。
圖1以俯視圖和以透視圖示出了驅動模塊。其首先包括驅動環 1,該驅動環包括圓柱形的環孔2，該環孔的軸線例如與笛卡爾坐標 系的z-軸線一致，該坐標系的x-y平面平4亍於《會圖平面延伸。驅動 環1例如i殳計成矩形並利用其(外)邊糹彖或側面38平^f於指向於驅 動件19a, 19b的兩個彼此垂直的作用方向。在驅動環1上i殳計有 對角相對定位的緊固件3a， 3b。驅動環l藉助於緊固件通過各一系 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(拉壓杆)5a， 5b;固體鉸鏈6a， 6b;角件7a， 7b;固體鉸鏈8a， 8b;第二腿(拉 壓杆)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成了驅動裝置殼體的一部分並且 可以在必要時具有加強部12， 13, 14 (例力口在角中和邊中)。衝匡架 11可以用於固定調節驅動裝置、特別是固定件12， 14並且因此設 計為空間固定的。月逸(4i壓^幹)5a, 9a或5b, 9b大約4皮此垂直以 及大約平4亍於上面定義的坐標系的x-軸線(例如片幹5a， 5b)或y-軸線(例如杆9a， 9b)來布置。腿5a， 5b， 9a， 9b足夠機械剛性 地相對於在運行中出現的拉壓力和橫向力(彎曲)設計，從而使其 可以被非常近似地作為剛性體來考慮。基於合適地設計的固體鉸鏈 4a, 4b, 6a， 6b, 8a， 8b， 10a, 10b，環形懸掛裝置獲得了其相對 於環在x-y平面中的移動和環相對於z-軸線相對於框架11的扭轉的 靈活性。固體鉸鏈能夠實現，如通常使用的鉸鏈一樣(然而僅在一 個受限制的角度範圍之內，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。其功能以彎曲原理為基礎。局部的 彎曲通過有目的地將杆4黃截面收縮成短的部萃殳來實現。減小的杆才黃截面導致了劇烈下降的彎曲剛度。因為橫截面收縮部非常局部化， 但是各自的杆的軸向彈簧剛度(剛度)卻幾乎沒有減小。
才艮據本發明的環形懸掛裝置具有以下顯著的性能和功能
如果驅動環1例如在x-方向上相對於框架11以一個路段dx移 動，該路段與典型的杆長度1相比是小的，那麼杆5a， 5b以及進 而角件7a， 7b也同步共同運動，而不會4吏其位置相對於驅動環1 發生變化，反之，杆9a， 9b輕微地圍繞角度^ dx/l《1旋轉。由 於角度c])的微小性，角件7a， 7b的y坐標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-方向上不發生變化或〗又發生可忽略的輕孩史變化。類似的考慮也適合 於驅動環1在y-方向上以一個遊、敬dy的移動，其相^"於典型的4幹 長度是小的。
所獲得的作為重要的結果是驅動環1在x-y-平面中的平移不 使得角件7a， 7b的間距發生變化。與移動伴隨發生的輕微的杆旋 轉由固體4交鏈4a， 4b， 6a， 6b， 8a， 8b, 10a， 10b容易;也4妄^:。
如果驅動環1圍繞z軸線例如以順時針方向旋轉了一個小的角 度，則因此緊固件3a, 3b的x坐標和y坐標彼此相對發生變化並 且相對於框架11反向地發生變化。如果由旋轉所引起地，緊固件 3a的x坐標和y坐標圍繞值dx和dy發生變化，則因此與旋轉軸保 持同樣間距的對角面對定位的緊固件3b的x坐標和y坐標同時圍
繞值dx和dy發生變化。緊固件3a, 3b的在x方向上相對於框架 11的反向移動通過杆9a， 9b的輕微的旋轉被接收。角件7a, 7b與 緊固件一起在x方向上進4亍反向移動，這是因為其相對於x方向剛 性地連接在環1上，但是可容易地相對於框架11旋轉。
14緊固件3a, 3b的在y方向上相》于于衝匡架11的反向移動通過一幹 5a， 5b的輕微的旋轉被接收。角件7a, 7b不與緊固件3a, 3b — 起進行反向的y-移動，這是因為其相對於y方向可容易地在驅動環 1上旋轉，但是剛性地通過杆9a， 9b連接在框架11上。
此外得出的重要的結果是驅動環1的相對於z軸線的旋轉使 得角件7a， 7b的間距發生變化。與環旋轉伴隨發生的輕微的杆旋 4爭由固體4交鏈4a, 4b, 6a， 6b， 8a, 8b， 10a， 10b容易i也4妄^:。
為了形成環形懸掛裝置，驅動環l在x-y平面上的未受阻的移 動能夠實現圍繞著與典型的杆長度相比小的路徑，但是對環1的圍 繞z軸線的旋轉施加了非常高的阻力，必需的是，通過強制4晉施、 例如杆或弓來使得角件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。
環形懸掛裝置的這樣形成的結構，其在此稱為對角運動學結 構，是非常抗扭的。因此，根據本發明不必再重視由作動器所提供 的力在驅動環1中相對於環孔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、在驅動環l上的轉矩 通過在此所描述的對角運動學結構抗扭地被接收並引導到框架11 上。
為了連接條形形式的固體彎曲作動器的驅動件，合適地設計有 (如在圖1A中可看到地)容納體15a, 15b以用於其移動的端部， 其分別通過固體4交鏈16a, 16b、才立壓杆17a， 17b以及另一個固體 鉸鏈18a, 18b而固定在驅動環1上。所引起的在環形懸掛裝置中 的偏轉的運動範圍為l又大約100樣i米。圖2示出了驅動模塊，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中並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中設計有在此未示出的4普施以^更實現作動器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於其縱向延伸的運動。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於在x方向上的運動， 以及作動器19b的運動的端部基本上進4於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包圍並機械
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生的 壓力和4i力或者i兌壓力運動和4立力運動，並且可以通過固體4交鏈 16a, 16b傳遞到大約平行於配屬的作動器的作用方向而指向的4立壓 杆17a, 17b並從那裡通過連接的固體鉸鏈18a， 18b傳遞到驅動環 1上。容納體、固體鉸鏈、拉壓杆(其大約平行於各自的作動器作 用方向指向)、固體鉸鏈和驅動環1的系列布置提供了優點受原
動器和驅動環之間傳遞。因此兩個大約垂直布置的作動器19a， 19b 完全4皮此獨立地作用於驅動環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+率發生變4匕。 這種類型的"旋轉運動"通過固體4交鏈16a， 16b ， 18a, 18b而被 可靠地吸收。同樣地，作動器長度相對於驅動才莫塊的變化(例如通 過對角運動學結構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的拉壓杆耦合件17a， 17b而-皮可靠地 吸收，其方法是杆17a, 17b最小程度地旋轉，而不會由此損害 其力-或者路徑-傳遞功能。
環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〗吏糹尋驅動環1 完全4皮此獨立地在x-或y-方向上相對於固定件12和14移動。環的 扭轉通過對角運動學結構而#1阻止。
此外，驅動才莫塊的殼體框架11在其上側和下側上具有環繞邊 緣24用於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,其具有與適合於擠壓連接的角件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 (置於穿孔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產生阻力。空隙23用於無接觸地處理軸。為了在步進電動機中實現與驅動模塊相聯繫的對角運動學結 構的原理，還需要軸和儘可能無間隙的、但可旋轉的同一軸承結構，
以及驅動;漠塊的剛性的軸承結構
圖4示出了為此與殼體框架11聯繫的合適的底板元件。其包 括與驅動才莫塊的衝醫形部件的環繞邊糹象24緊密配合的環繞凹槽25， 其在底板元件18插入驅動才莫塊中的情況下確保了 軸7|義孔26的孔 軸對應地抵靠於環1的環孔2的軸。軸承孑L 26的直徑緊密配合於 通向軸39的圓柱形的滑動面(參看圖9),其共同構成了第一個無 間隙但低摩擦的旋轉軸承以用於軸39。中央軸承座28的端面27用 作為用於軸39的抵靠面，以使得軸39的滾動面在同樣的高度上抵 靠於環孔2。
圖5示出了適合於殼體框架11的蓋，其在其下側同樣也具有 環繞凹槽，其與驅動才莫塊的環繞邊緣24緊密配合，乂人而〗吏得在蓋 插入驅動模塊中的情況下，軸承孔29的軸對應地抵靠於環孔2的 軸。軸厚義孔29的直徑緊密配合於通向軸39的第二個圓柱形的滑動 面，其共同構成了第二個無間隙但低摩擦的旋轉軸承以用於軸39 (參看圖8和9)。
圖6示出了根據本發明的調節驅動裝置的部分裝配，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於時不能"移走"。弧形彈簧103在面31上方 接近於孔軸以接觸線的形式支撐在軸39上，以便使得通過摩擦而 產生的到軸39上的制動轉矩保持得儘可能小。在遠處的外部的下 方的面32用於將弧形彈簧103支撐在蓋表面上。弧形彈簧103的 力足夠地測定，以便使軸39在所有的運行狀態下可靠地保持為抵靠於底板元件的軸承座208的抵靠面27上，但是也儘可能小地保 持，以便避免很大的、能夠阻止軸39的旋轉的摩擦力。這樣確保 了驅動環1和軸39的滾動面在所有的運4於條件下足夠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的圓柱形的內表面緊密配 合；以及至少一個圓柱形的滾動面35,其與驅動環1的環孔2的至 少一個滾動面105緊密配合。面33的軸向的延長部用於將各自的、 由步進電動機來驅動的元件連接至軸39。
圖9示出了沿著z-軸線穿過處於裝配狀態下的驅動裝置的軸向 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，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 對於z-方向低摩擦地固定住。驅動模塊在靜止狀態中使環孔2的滾 動面105保持為同心的並且也保持在z-方向上在相對於軸39的滾 動面35的合適的位置上。
藉助於合適的電控制功能，彎曲作動器19a, 19b分別在其移 動的端部上以正弦形或餘弦形的時間過程曲線進4亍圍繞4爭止位置 的偏轉，由此，環孔2的滾動面105 4呆持4氐靠於軸39的滾動面35 並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轉入旋轉狀態。藉助於驅動環1的x-或y-偏轉的相對的 相位來確定旋轉方向和藉助於控制頻率來確定旋轉速度。
在最簡單的情況下，/人驅動環1到軸39的力傳遞通過摩4察來 實現。在此可以取決於這種構造的調節驅動裝置的、作用到軸39 上的負載轉矩而滑脫，由此降低了調節驅動裝置的精度。優選地，通過引入驅動環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動環1的內表面105上和在軸39的 外表面35上安裝齒部，從而減少滑脫。在此，驅動環1和軸39優 選地具有不同的齒lt量，該數量差至少為1。這意^木著驅動環1 的內表面105的齒部比軸39的外表面35至少多出一個齒4侖。如果 驅動環1和軸39在調節驅動裝置內部這才羊淨皮才喿》從，即齒部未脫出 嚙合，則調節驅動裝置以理想的方式不滑脫地工作。
驅動環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，由此可以在驅動環1 與軸39之間傳輸很高的轉矩。首先，通過在驅動環1的內表面105 上的和在軸39的外表面35上的齒的數量確定了調節驅動裝置的傳 動比，其典型;也在,人20: 1至200: l之間的範圍中。為了進一步 使調節驅動裝置被調整出僅僅一個齒的距離，也就是說進一步使得 軸39通過驅動環1旋轉一個齒的距離，優選地必須經歷調節驅動 裝置的控制中的正弦信號的完整的周期。由於為了進一步調節出一 個齒的距離而必須經歷控制信號的一個周期，因此調節驅動裝置的 特徵在於高的精度和高的重複精度。此外，通過齒的數量以及對於 每個齒的控制信號的周期的應用而實現了調節驅動裝置的高的角 度解析度。對此補充地可以任意地在控制信號的周期之內插值，以 4更確保調節驅動裝置的孩i步運行。因此，調節驅動裝置糹艮據優選的 配置而提供了高效率、高傳動比、高的可傳輸轉矩(基於驅動環 1的和軸39的齒部)、在傳輸轉矩時的不滑脫性能、在軸39 (微步 運行)的齒之內的旋轉角度的任意插值、少的驅動轉矩波動(波動) 以及對於驅動環1和軸39的低的齒面負載，乂人而同樣也降低了磨 損。
權利要求
1.一種機電馬達，特別是壓電式微步驅動裝置，具有-兩個機電的驅動件(19a，19b)，所述驅動件具有近似彼此垂直指向的作用方向，-一個這樣可旋轉地支撐在驅動環(1)中的軸(39)，即所述驅動環(1)可通過所述機電驅動件(19a，19b)在各自的作用方向上的偏轉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)在所述驅動環(1)中滾動並由此旋轉，同時-在所述驅動環(1)上設計有兩個相對於所述兩個作用方向對角相對設置的緊固件(3a，3b)，所述驅動環(1)藉助於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)分別朝向於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)圍繞所述驅動環(1)互補形成近似直角的、平行於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)藉助於各自的所述角形件(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藉助於強制措施而保持不變，從而使所述驅動環(1)可推移地、但並不扭轉地懸掛。
2. 根據權利要求1所述的機電馬達，其中，平行於所述驅動環(1 ) 的平面布置至少 一個i殳計為杆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. 根據權利要求2所述的機電馬達，其中，所述角件(7a， 7b) 至少分別在一側具有垂直於所述驅動環(1)的平面布置的軸 銷(7.1， 7.2)，並且其中，所述定3巨片(20)的端部可以分別 藉助於穿孔(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)以用於使 由所述驅動環(1)驅動的軸(39)無4妄觸地穿過。
4. 根據權利要求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)分別藉助於各一個固體鉸 《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. 根據權利要求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. 根據權利要求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 對角相對設置的角中。
7. 根據權利要求6所述的機電馬達，其中，所述框架(11 )設計 為所述步進驅動裝置的殼體部件。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的機電馬達，所述機電馬達 的兩個才幾電驅動件(19a， 19b)是彎曲作動器，優選地是壓電 式彎曲作動器。
9. 根據權利要求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、幾乎平行於所配屬的所述彎曲作動器的所述作用方向來布置的4立壓杆(17a, 17b)鉸接在所述驅動環(1 )上，其中所述拉壓杆(17a， 17b)分別朝向於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壓杆(17a， 17b)在沿著所述驅動環(1)的兩個側面(38)或者驅動環(1)的一半的角上布置。
10. 根據權利要求8所述的機電馬達，其中，所述驅動環(l)、所述角形件(36a， 36b)以及所述固定件(12， 14)構成了以塑料噴射注塑技術一體製成的驅動模塊，其中所述彎曲作動器(19a， 19b) -波一同注入到所述驅動才莫塊中。
11. 根據權利要求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)，以及在所述蓋中設計有用於所述軸(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並且在那裡固定或者集成，即所述軸(39)的至少一個圓柱形的滾動面(35)可以在所述驅動環(1)的環孔(2)的所配屬的;袞動面(105)中-袞動。
12. 根據權利要求11所述的機電馬達，其中，所述軸(39)設計具有盤形的中間件，所述中間件的第 一環形的端面平》文在所述軸岸、座(28 )上，並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. 根據權利要求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。
14. 根據權利要求1至13中任一項所述的機電馬達，其中，為了在所述驅動環(1)的所述環孔(2)的內表面(105)上以及在所述軸(39)的所述配屬的滾動面(35)上實現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)作用在驅動環(1)上，從而由此使軸(39)旋轉。在驅動環(1)上設計有兩個對角相對設置的緊固件(3a，3b)，驅動環(1)藉助於該緊固件通過各一個鉸接的角形件(36a，36b)在各個對角相對於各個緊固件(3a，3b)設置的固定件(12，14)上靈活地懸掛。這獲得了緊湊的驅動裝置，其具有非徑向鉸接在驅動環(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 優先權日2007年5月18日
發明者伯恩哈德·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, 海因裡希-約亨·布盧默, 羅伯特·沃爾夫岡·基塞爾, 蒂姆·施韋貝爾 申請人:大陸汽車有限責任公司