[发明专利]超声电机

说明书

本发明涉及一种超声电机，包括压电中空圆筒(2)形式的超声执行器(1)，其中摩擦元件(3)设置于其端面(4)中的至少一个上；并包括与摩擦元件有效接触的转子(6)，以及电激励装置，其中超声执行器在圆周方向上细分成偶数个扇区Sa和Sb，其具有在圆周方向上的平均长度L、在轴向方向上的高度H和在径向方向上的厚度T，并且扇区形成第一扇区组A和第二扇区组B，其中两个扇区组的扇区Sa和Sb在圆周方向上交替并彼此相邻，并且摩擦元件(3)布置于邻近节段的相邻区域中。对本发明必要的是，各扇区Sa和Sb由激励电极和普通电极形成，激励电极和普通电极在中空圆筒轴向方向上交替地布置，其中压电材料层布置于邻近激励电极和普通电极之间，并且超声执行器的所有激励电极和所有普通电极彼此电连接。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1至11所述的超声电机。

背景技术

根据现有技术，根据参考文献US 6,765,335 B1或US 7,218,031 B2，用于旋转驱动的超声电机例如为已知的，其中超声执行器形成为压电中空圆筒，和其中电极设置于其圆周表面上并且摩擦元件设置于其端面上。

在这些超声电机的情况下，偏振矢量以及电激励场E的矢量均径向地布置并因而垂直于压电圆筒的轴向方向。因此，超声执行器在轴向方向上所产生的动态力Fad和超声执行器在切向方向上所产生的动态力Ftd通过相同压电模块d31确定。在限制情况中，这些力可大小相等。

这些超声电机的驱动原理基于将超声执行器所产生的力经由超声执行器和转子之间存在的有效接触或摩擦接触传送至转子。基于该驱动原理，关于摩擦接触的摩擦力Ffk必须始终大于动态力Ftd的大小。如果这个条件不成立，那么在超声执行器和转子之间存在不理想的打滑，这导致超声电机的功能退化或甚至为失效。

由于超声执行器和转子之间的摩擦接触的摩擦力通过接触材料的摩擦系数Kf和接触压力Fa确定。对于最新的硬质耐磨材料，该系数为约0.2-0.3。为确保摩擦接触的线性工作范围，必须保持条件Ffk＝Kf×Fa。这意味着超声电机的摩擦接触必须包括摩擦力Ffk，并且摩擦元件通过力Fa＝Ffk/0.2–0.3被按压至转子的摩擦表面。因此，摩擦压力Fa必须为大于力Ftd的大小的约3-5倍。接触压力Fa包括静态接触压力Fas和动态接触压力Fad，其中力Fas由弹簧产生。对于摩擦接触的最佳功能，静态接触压力Fas必须等于动态接触压力Fad的大小。

在根据现有技术已知的超声电机中，执行器形成作用于轴向方向上的力Fad和作用于切向方向上的力Ftd两者。这可通过这样的事实来解释，这两种力通过相同压电模块d31确定。因此，在这些电机中，接触压力Fa的大小可仅大于力Ftd的大小的两倍。

因此，摩擦接触中的摩擦力Ffk也被限制并且连同通过超声电机可获得的最大力也被限制，使得利用根据现有技术已知的超声电机，有可能以压电参数产生名义上可获得的最大力。

此外，在高负荷下，这些超声电机的摩擦接触会产生极高的机械损耗(打滑)。

除此之外，此类电机需要较高的激励电压，由此执行器中的损耗增加。

所有这些效应一起导致执行器的发热和最大操作温度的相应降低。总而言之，根据现有技术已知，根据参考文献US 6,765,335 B1或US 7,218,031 B2，超声电机表现出较低效率。

发明概述

因此，本发明的目标是提供一种超声电机，该超声电机克服根据上文所述及的现有技术的超声电机的缺点，并且具体地提供一种具有高效用或高效率的超声电机。

本发明的目标的解决方案通过根据权利要求1所述的超声电机实现，其中随后的从属权利要求包括至少有利实施例和其它开发。