专利名称：机电马达，特别是压电式微步驱动装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种才几电马达，特别是一种压电式调节驱动装置。
背景技术：
才几动车的驾-驶抢试图实现i殳计和4支术方面的最佳组合方式。在 此，在驾驶员的视野中存在着各种不同的显示仪表。这些显示仪表 不仅必须满足不同的纟支术需求，而且也必须具有对于冲几动车大批量
生产而言具有竟争力的〗介4各。这种显示4义表的一个例子是Siemens VDO 7>司的"Messwerk 2000"。
"Messwerk2000"基于具有在其下方放置的单级的蜗轮传动装 置的步进电才几驱动装置。该四4及的步进电才几通过两个以90。相位角 ;波此相移的、正弦形的线圏电流特性曲线作为时间的函凄史来控制。 相移的符号规定了旋转方向，以及频率规定了电机轴的旋转速度。 在正弦形的电;克特性曲线的360。的完全周期的范围内可以可再5见 地调节至128个中间级。这种中间级的应用称为《效步才喿作。
包括上述已表明了特征的步进电机的完整的调节驱动装置 "Messwerk 2000"包括十二个单个部件。步进电4几本身由带有共同 的定子4反的两个线圏和一个7:K石兹專争子构成。在部ff成本方面，线圏 和永磁体是最大的成本。除了材料成本之外，生产成本同样对于价格是决定性的，该生产成本大约随着调节驱动装置的部件数量而成 比例i也增长。
由EP 1 098 429 Bl公开了 一种根据新的马达原理(也就是无旋 转的线圈)工作的机电马达，其中，在运行期间通过对至少两个机 电驱动件的时间上错置的操作来循环地推动驱动环，从而通过驱动
环的循环的4,移运动可以通过例如压电地、》兹致伸缩;也、电致伸缩 地或者电动地驱动的作动器来诱发，乂人而获得在材料成本和生产成 本方面更好地适合于大批量生产的调节驱动装置。压电式作动器可 被这样地安装在驱动环上，即其各自的4于程径向地作用到驱动环 上，其中也许会采用其它的措施，以便实现在驱动环上的尽可能对 称的力传导。
在最后提到的技术状态下，获得了在功能方面的优化的驱动装 置，该驱动装置具有最好的同步性能(旋转速度的稳定性不取决于 轴的当前位置)，而没有转矩波动。然而，特別是弯曲作动器的乡从 向延伸和径向布置却带来这才羊的问题，即平面的马区动装置变体在平 面中需要巨大的位置并且多数情况下都不是很紧凑的。然而，由于 在驾驶舱仪表中预设的非常紧张的结构空间比例的原因，紧凑的平 面驱动装置是迫切需要的。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种在部件数量、生产成本、结构空 间需求以及功能性方面得到优化的步进驱动装置，特别是一种用于 驾驶舱仪表的测量装置的小型调节驱动装置。该目的通过一种根据权利要求1的机电马达、特别是压电式微 步电机来实现。本发明的有利的设计方案和改进方案由以下的说明 书、附图以及从属权利要求中给出。
才艮据本发明的才几电步进驱动装置具有下述特4正
两个机电、优选为压电的驱动件(作动器)，该驱动件具有近 似-波此垂直指向的作用方向，以及轴，该轴在驱动环中这才羊可^:转
激发驱动环进行直接在轴上可传递的推移运动，从而使轴在驱动环 中滚动并由此旋转。此外，驱动环借助于两个彼此平行并且平行于 两个作用方向中的一个作用方向的、分别朝向于其两个端部而具有 各一个铰链的拉压杆来连接到对角杆的端部上，从而使驱动环可以 相对于对角杆以剪切的形式而向另 一个、也就是i兌垂直于该两个4i 压杆的作用方向4,移。另外，至少逐革爻地杀牛向于两个作用方向延伸 的对角杆的对角相对设置的端部分别借助于平行于另 一个作用方 向的、朝向于其两个端部而具有各一个4交链的拉压杆来连接到各一 个固定件上，其中杆中的一个的固定件和另 一个杆在对角杆上的连 才妻部位-反之亦然-分别大约沿着平4亍于该一个作用方向的平4于线而 彼此相对设置，从而使对角杆可以相对于固定件而向该一个作用方 向4,移。
根据本发明的环形悬挂装置将用于两个作用方向中的一个作 用方向的(部分地成框形围绕驱动环的)平行悬挂与用于另一个、 与第一作用方向垂直的作用方向的对角悬挂组合起来，并且能够基 于其元件或部件4皮此之间的特 朱的、4吏4妾的连4妄而实现所希望的运 动学结构。作为由驱动环连接到对角杆上的结构和对角杆连接到壳 体上或由此连接到机械刚性连接的部件上的结构相组合所得到的 结果，驱动环可以相对于壳体在x-y-平面上几乎不受力地在各个方 向上推移，但是抗扭地支撑。这一总体结构在此称为"切向运动学
8结构"。特别值得注意的是，根据本发明的环形悬挂装置的严格的
平面的结构或者x-y-运动学结构，其可以;改弃应平4于于驱动环的平 面布置的元4牛，例如定3巨片。
每个作用于驱动环的转矩通过切向运动学结构纟皮传递到壳体 上，而不会同时使得环发生显著的旋转。因此与现有技术相反地，
心点的径向的力传导，这是因为由非径向的、偏心的力传导所引起
接收。这提供了驱动件的节省空间的布置的可能性，特別是沿着驱 动环的侧面或半环，也就是i兌例如平行于(向外)成直角的驱动环 的两个布置在角部上方的侧面。由此可以实现步进驱动装置的非常 紧凑的、节省结构空间的构造。根据本发明的步进驱动装置的特征 还在于数量非常少的简单的部件，/人而4吏其特别适合于大批量生 产。此外，由于塑料和作动器的不同的热膨胀性能而出现的驱动装 置的热失调在结构上安全地被阻止。通过合型、例如借助于设计在 驱动环与轴之间的齿部，实现了才艮据本发明的驱动装置在纯粹受控 制的运行中的非常高的调节精度，而不必4吏用传感器和调整回路。
根据本发明(有利于紧凑性的优化)不一定追求在驱动环上的 完全对称的力传导。考虑到功能而可能从其中得出的结果、例如轻 孩吏的同步波动和转矩波动，可以通过其它4普施来减小，即进一步遵 守客户说明书。特别地，小的转速波动(与规定值的偏差)可以通 过驱动件的调制纯正弦形特性曲线的控制装置来得到补偿。
在本发明的 一 个特别有利的实施方式中，环形悬挂装置的拉压 杆的铰链分别设计为固体铰链。固体铰链可以分别通过拉压杆的短 的部段中的横截面收缩部形成，这在制造技术方面是特别有利的。在切向运动学结构的几何形状实施方面有利的是将平行于该 一个作用方向布置的4立压杆沿着驱动环的相对i殳置的侧面或者半 环布置并且分别连4妄到驱动环的加强部上，该加强部布置在驱动环 的与对角杆背离的侧面或者半环上。在此还有利的是这样来选择 在驱动环与对角杆之间布置的、平^亍于另一个作用方向的^立压片干的 长度小于在两个平行于该一个作用方向布置的拉压杆之间的间距。
在对角杆方面的有利的几何形状布置可以由此实现对角杆包 括几乎平4亍于另一个作用方向布置的中间,爻；和端部部萃殳，该端 部部段朝向于中间革爻形成角度，其中端部部^殳以相同的旋转方向形 成角度，从而使对角杆的端部彼此大约对角相对地设置。
此夕卜，在几何形状方面、也就是说基本上在制造技术方面有利 的是固定件连接着平行于另一个作用方向布置的、沿着对角杆的 背向驱动环的侧面走向的拉压杆，固定件固定在近似矩形的、机械 刚性的框形部件上。在该实施方式的一个改进方案中，框形部件设 计为步进驱动装置的壳体部件。在另一个、连接着平行于另一个作 用方向布置的、沿着只于角4干的面向马区动环的侧面走向的^立压^干的固 定件方面，有利的是集成在步进驱动装置的壳体的底板元件和/或盖 中，其中拉压杆的设计用于连接到固定件上的端部配备有连接在固 定件上的端头。该端头因此以简单的方式制造了在驱动环的平面与 壳体的盖或底板元件之间的逐点的连接，该连接未破坏环形悬挂装 置的基本平坦的结构。
两个4几电驱动件可以特别有利地/没计为弯曲作动器，优选为压 电式弯曲作动器。
的结构形式中多年以来在多种工业领域中使用。其特征在于小的结 构形式、低的能量需求以及高的可靠性。因此，压电式弯曲作动器例如展示了在工业环境中至少为109的周期的4吏用寿命。在小型调
节驱动装置中例如用于显示仪表的弯曲作动器典型地这样确定尺
寸，即它在其运动的端部上具有乂人大约0.2mm至2mm范围中的自 由的偏转。此外，在弯曲作动器的可自由运动的端部的偏转纟皮锁止 的情况下，实现了从0.5N至2N的范围中的锁止力。弯曲作动器的 大约直线的偏转分别4黄向于其最大纵向延伸来实现。偏转的方向 (其对应于弯曲作动器的作用方向)近似垂直于弯曲作动器的纵向 轴线。
根据本发明的步进驱动装置的一个特别紧凑的变体通过一种 布置来得到，其中各有一个平行于一个或者说另一个作用方向布置 的、沿着驱动环的一个侧面或半环走向的4i压杆连4妄到在驱动环上 的加强部上，^立压^f朝向于其两个端部而具有^^一个固体4交链，并 且在其背向加强部的端部上分别连接有垂直于各个拉压杆布置的、 沿着驱动环的一个侧面或(在驱动环未i殳计成垂直的情况下)半环 走向的弯曲作动器的移动的端部。通过两个才几电的、优选地是压电 式驱动件在驱动环上的这种剪切灵活(scherflexible )的4交4妻;得到了 优点它们的运动方向彼此分离，从而对驱动件在其运动中未产生 阻力或^又产生可忽略不计的轻孩i的阻力。在力传导中也就不会出现 能量损失。此外，才艮据该实施方式的弯曲作动器的这种布置或者i兌 铰4妻非常节省空间。
根据这种具有弯曲作动器的实施方式的一个改进方案有利的 是，壳体部件、驱动环、拉压杆以及对角杆构成了以塑料喷射注塑 技术一体制成的驱动模块，其中弯曲作动器一 同注入该驱动模块 中。以塑料喷射注塑技术来制造驱动模块是简单且价廉的，其中， 通过在喷射工序中包含多个弯曲作动器进一步减少了生产步骤的 数量。
ii为了刚性地支撑驱动模块或为了可旋转地支撑所配属的轴，有 利的是，，没计一种近似正方形的、具有底^反元件和盖的壳体，其中 在底4反元件中i殳计有中央轴浮义座，轴7K座具有4氐靠面和第 一轴岸义 孔，并且在盖中设计有用于轴的第二轴承孔，以及其中固定件这样 布置在壳体中并且在那里固定或者集成，从而使轴的至少一个圓柱
形的滚动面可以在驱动环的环: L的配属的〉衮动面中-衮动。
参照附图对本发明的优选的实施方式进一步"i兌明。图中示出
图1A和1B分别以俯视图或以透视图示出了用于根据本发明 的步进驱动装置的固定在壳体框架中的驱动才莫块的实施方式，
图2A和2B分别以如图1相同的视图示出了那里的驱动模块， 然而具有插入的弯曲作动器，
图3A以俯一见图示出了具有在x-方向上偏转的驱动环的驱动才莫 块以及图3B以俯^L图示出了具有在y-方向上偏转的驱动环的驱动
模块，
图4A和4B分别以如图1相同的视图示出了用于支撑轴和驱 动模块的壳体-底板元件，
图5A和5B分别以如图1相同的视图示出了适合于根据图1 或者图4的壳体的盖，
图6A和6B分别以如图1相同的视图示出了弧形弹簧的视图，
图7A和7B分别以如图1相同的视图示出了用于根据本发明 的步进驱动装置的轴，图8示出了沿z轴线穿过处于装配状态中的带有外壳的驱动装 置的轴向的横截面。
具体实施例方式
根据本发明提出了压电式步进电机，其允许通过弯曲作动器的 合适的周期性的直线运动的叠加而产生连续性的和均匀的旋转。为 了这个目的，弯曲作动器19a， 19b (参看图2)借助于在x-y-平面 中确保了可移动性能的环形悬挂装置(在该环形悬挂装置中实现了 根据本发明的切向运动学结构)这样连接在平的驱动环1上，从而 4吏其可以沿着弯曲作动器19a, 19b (参看图2)的4皮此垂直的作用 方向x和y平移。基本上，(可集成在框形部件8里的)固定件12 与马区动环l、只于角4干4、 ^立压4干3a, 3b， 6a， 6b， lla, lib以及， 在必要时，集成的弯曲作动器19a, 19b—起形成了在下面称为"驱 动模块"的单元。驱动模块可以借助于注塑技术由聚乙烯、注塑-塑料、POM或者由其它合适的材料制造。
图1以俯视图和以透视图示出了驱动模块的基本上平坦的并且 由此可简单地制造的结构。其首先包括驱动环1,该驱动环包括圓 柱形的环孔2，该环孔的轴线例如与笛卡尔坐标系的z-轴线一致， 该坐标系的x-y-平面平行于绘图平面延伸。驱动环1例如设计成矩 形并利用其(外部)边缘或侧面14平行于驱动件19a, 19b的两个 4皮此垂直的作用方向而指向。驱动环l借助于两个大约;波此平4亍走 向并在其纟从向延伸中大约平;f于于x-方向指向的^立压斥干3a, 3b而与
足够机械刚性的对角杆4连接。借助于所谓的固体铰链5将拉压杆 3a, 3b连接在驱动环l和对角杆4上。固体铰链能实现，如通常使 用的铰链一样(然而仅在一个受限制的角度范围之内，但是对此为 无间隙的)，连接上的元件彼此之间几乎畅通无阻的旋转。其功能 基于弯曲原理。通过杆横截面在短的部段中的有针对性的缩短，实 现了局部的弯曲。缩短的杆横截面导致了大大下降的弯曲刚度。由于横截面收缩非常局部化，因此杆的轴向的弹簧刚度(刚度)几乎 没有减小。横截面收缩可以在(绘图-)平面中和/或也作为垂直于 绘图平面的配合部分来实现。固体铰链在轴向刚度和扭转刚度方面 的几何形状的i殳计方案，以及局部化的程度和其对于调节驱动装置 的功能和可制造性的影响例如可以借助于有限要素模型还在各自 的使用情况方面得到优化。
杆件3a， 3b的成对地大约彼此平行、并且平行于x-轴线走向 的布置与其在足够机械刚性的驱动环i上和在足够机械刚性的对角
杆4上通过固体4交链5而产生的连接部所形成的组合使得驱动环1 可以比较容易地(也就是说几乎不受力地)相对于对角杆4以剪切 的形式在y-方向上推移。这种结构对于驱动环1的扭转和环在x-方向上相对于对角4干4的4,移而反向i也施加了 4艮高的阻力。
对角杆4的两个对角相对设置的端部借助于两个大约彼此平行 走向并且在其纵向延伸中大约平行于y-方向指向的拉压杆6a， 6b 而与步进驱动装置的壳体连4妄。在杆6a的情况下，壳体连4妄例如 通过部分地垂直于杆6a延伸的、杆6a的端头7 (其刚性地与壳体 的在此未示出的底板-和/或盖元件足够^几械刚性地力配合或形状配 合地连接，例如通过挤压、熔制、焊接、粘贴等等)来实现。杆6b 在其背向对角軒4上的连4妾部的端部上与4医形部件8连4妄。框形部 件8可以是(进一步在图8下方示出的)壳体的组件或者与其足够 刚性地连接。机械冈'J性的拉压杆6a, 6b同样也通过固体铰链5连 接到框形部件8、端头7或连接到对角杆4上。
杆件6a, 6b的4皮此成对地、并且大约平4于于y-轴线的布置， 其中杆6a， 6b的连接位置位于对角杆4的彼此相反的端部上，以 及其中杆在壳体上的连接部(或者与其刚性地连接的部件的连接 部)大约在相同的高度上(y-坐标)以另一个杆的连4妄部4氐靠在对 角杆4上，以及其中杆件6a， 6b在所有四个端部上的杆连接部借
14助于固体铰链5来实现，这种布置限定了对角杆4可以未受很大 阻力地(也就是说几乎不受力地)相对于壳体在x-方向上推移。这
而反向i也施力口了4艮高的阻力。
作为由驱动环1连接到对角杆4上的结构和对角杆连接到壳体 上或者与之4几才成刚性连4妄的部件(例如端头7、才医形部件8)上的 结构所形成的组合所得到的结果，驱动环1可以相对于壳体在x-y-平面上几乎不受力地在各个方向上推移，^旦是抗扭地支撑。每个作 用于驱动环1的转矩通过4艮据本发明的切向运动学结构传输到壳体 上，而不会同时使环发生显著的旋转。所引起的在环悬挂上的偏转 的运动范围为^f义大约lOO孩i米。
框形部件8在该实施例中同时构成了驱动装置壳体的一部分并 可以在必要时具有加强部16, 17 (例如在角中和在边缘中)。框形 部件8可以用于固定调节驱动装置、特别是固定件12并且因此i殳 计为空间固定的。如/人图1进一步可看到i也，框形部件8的加强部 16和17包括容纳部9a或9b用于抗扭地固定住条形的才凡电(例如 压电的)弯曲作动器。在框形部件8中可以设计有在此未示出的措 施，以便在其(在框形部件8中)静止的端部上与弯曲作动器发生 电接触(例如对接触针、夹式触点、弧形弹簧触点等)。可替换地， 弯曲作动器也可以在运动的区域中或者在其反向运动的端部上电 连接。
为了容纳要以其静止的端部插入到框形部件8的容纳部9a, 9b 中的弯曲作动器的运动的端部而设计有合适的容纳体10a， 10b，该 容纳体分别通过一个包括固体铰链5、刚性的拉压杆lla, llb和另 一个固体4交《连5的系列部分而固定在驱动环1上。图2示出了具有插入的固体弯曲作动器19a, 19b的驱动模块， 其在下面简称为作动器。在所示出的示例性的配置中，作动器19a, 19b在其l争止的端部上积4成刚性地固定在才匡形部件8中并且大约拔: 此垂直地布置。作动器19a， 19b在框形部件8上的连接部的刚性 可以通过框形部件8的加强部16， 17得以提高。如果作动器19a， 19b被电控制，则其进行弯曲运动，其中其运动的端部基本上实施 垂直于其纵向延伸的运动。作动器19a, 19b的运动方向也称为作 用方向。
因此，弯曲作动器19a在电控制的情况下在x-方向上偏转或在 有阻力的情况下产生在x-方向上的力。这种运动或者力^L械刚性地 通过^立压杆lla传递到刚性的驱动环1上。弯曲作动器19b在电控 制的情况下在y-方向上偏转或在有阻力的情况下产生在y-方向上 的力。这种运动或者力机械刚性地通过拉压杆llb传递到刚性的驱 动环1上。使拉压杆lla， lib连接到容纳体10a, 10b上以及还借 助于固体铰链5连接到驱动环1上，这引起了弯曲作动器19a, 19b可以彼此之间完全独立地起作用并且互不影响。作动器特别地 不必克服各个其它弯曲作动器的相对较高的机械性的刚度来工作。 也就使得弯曲作动器19a， 19b的运动实现了去耦。
如果弯曲作动器#皮电控制，则其因此大约以圓弧的形式而弯 曲，由此，曲线在弯曲作动器的纟皮移动的端部上的正切曲线杀牛率发 生变化。这种类型的"旋转运动"通过固体铰链5而被可靠地吸收。 同样地，弯曲长度相对于驱动模块的变化(例如通过切向运动学结 构的、壳体的和弯曲作动器19a, 19b的材并+的不同的热膨"长)通 过具有固体铰链5的拉压杆连接件lla, lib而^皮可靠地吸收，其 方法是杆lla, lib最小程度地旋转，而不会由此明显地损害其 力-或者^各径-传递功能。
16图3A示出了在控制弯曲作动器19a进4亍平4亍于正面的x-方向 的偏转的情况下切向运动学结构的反应(变形)。对角4干4通过4立 压诊干3a， 3b 4偉移到x-方向的正方向上。作为结果可以确定的是， 驱动环1紧随作动器19a的移动的端部的x-运动而不会扭转，其中 对角杆4的悬挂的结构确保了必需的导向和灵活度。 一个可替换的 实施方式也是可能的，其中，对角杆4的端部从"左上，，向"右下，， 对角相对设置，也就是说与在图1至8中示出的实施例相反。
图3B示出了在控制弯曲作动器19b进行平行于y-方向的负方 向的偏转的情况下切向运动学结构的反应(变形)。作为结果可以 确定的是，驱动环1紧随作动器19b的移动的端部的y-运动而不会 扭转，其中对角杆4上的环1的悬挂的结构确保了为此所必需的导
向和灵活度。
弯曲作动器19a和19b共同4吏4寻驱动环1完全4皮此独立;也在x-或y-方向上相对于壳体移动。环的4丑转通过切向运动学结构而中 止。这以非常少数量的简单的部件产生了驱动模块的非常紧凑和可 靠的平坦的结构。驱动才莫块因此也是可量产的。驱动才莫块例如可以 简单和价廉地以塑料喷射注塑技术来生产，并且弯曲作动器19a， 19b可以特别有利地在一个工序中^皮注入驱动才莫块里，由此进一步 减少了制造步骤的H量。此外，弯曲作动器19a， 19b在驱动环1 上的连4妾的结构吸收了元件-波此之间(例如通过4吏用的材并+的不同 的热膨胀性)的相对的长度变化。
为了在步进电机中实现与驱动模块相联系的切向运动学结构 的原理，还需要轴和该轴的尽可能无间隙的、4旦可^L转的轴7K结构， 以及驱动模块的刚性的轴承结构
图4示出了为此与壳体框架8联系的合适的底板元件18。其包 括与驱动模块的框形部件的环绕边缘紧密配合的环绕凹槽25,其在低摩擦的旋转轴承以用于轴39。中央轴承座28的端面27用作 为用于轴39的抵靠面，以使得轴39的滚动面在同样的高度上抵靠 于环孔2。
图5示出了适合于壳体框架8和底板元件18的盖20,其在其 下侧同样也具有环绕凹槽，其与驱动模块的框形部件8的环绕边缘 紧密配合，从而使得在盖20插入驱动模块中的情况下，轴承孔29 的轴对应地抵靠于环孔2的轴。轴承孔29的直径紧密配合于通向 轴39的圆柱形的滑动面，它们共同构成了第二个无间隙但低摩擦 的旋转轴承以用于轴39 (参看图7和8 )。
图6示出了合适的弧形弹簧21。该弧形弹簧包括孔30以使/f吏 轴穿过，由此确保了其在运行时不能"移走"。弧形弹簧21在面 31上方接近于孔轴以接触线的形式支撑在轴39上，以便使得通过 摩擦而产生的到轴39上的制动转矩保持得尽可能小。在远处的外 部的下方的面32用于将弧形弹簧21支撑在盖表面上。弧形弹簧21 的力测定为足以使得轴39在所有的运行状态中可靠地保持抵靠于 底板元件18的轴承座28的端面27，但是也保持为尽可能小，以避 免出现显著的、可能会阻止轴39的旋转的力。这样确保了驱动 环1和轴39的滚动面在所有的运行条件下足够精确地在z-方向上 #1此〗呆持在确定的位置。
图7示出了合适的轴39。该轴具有两个圓柱形的滑动轴承面 33， 34,该滑动轴7fc面与轴7fc孔29, 26的圓柱形的内表面紧密配 合；以及至少一个圓柱形的滚动面35，其与驱动环1的环孔2的至 少一个滚动面105紧密配合。面33的轴向的延长部用于将各自的、 由步进电机来驱动的元件连接至轴39。图8示出了沿着z-轴线穿过处于装配状态下的驱动装置的轴向 的横截面。其特别示出了其组件彼此之间的位置。轴39可以在两 个位置上以狭窄的间隙配合的形式利用滑动相对33， 22和34， 23 来围绕z-轴线进行低摩擦地旋转，但是机械刚性地;波此平移支撑。 合适的弧形弹簧21在与抵靠面27的共同作用的情况下使轴39保 持在z-方向低摩擦地固定住。驱动才莫块在静止状态中使环孔2的滚 动面24保持为同心的并且也保持在z-方向上在相对于轴39的滚动 面35的合适的位置上。
借助于合适的电控制功能，弯曲作动器19a， 19b分别在其移 动的端部上以正弦形或余弦形的时间曲线围绕静止4立置偏转，由 此，环孔2的滚动面24 4呆持4氐靠于轴39的;衮动面35并且以圓形 的推移运动的形式围绕轴39的滚动面35运动以及由此使得轴39 转入旋转状态。借助于驱动环1的x-或y-偏转的相对的相位来确定 旋转方向并且借助于控制频率来确定i走转速度。
在最简单的情况下，/人驱动环1到轴39的力传递通过摩4察来 实现。在此可以耳又决于这种构造的调节驱动装置的、作用到轴39 上的负载转矩而滑脱，由此降低了调节驱动装置的精度。优选地通 过引入驱动环1的和轴39的滚动面之间的形状配合件来减少滑脱， 特别是用这种方法在驱动环1的内表面24上和在轴39的外表面 35上安装齿部来减少滑脱。在此，驱动环1和轴39优选地具有不 同的齿数量，该数量差至少为1。这意p木着驱动环1的内表面24 的齿部比轴39的外表面35至少多出一个齿4仑。如果驱动环1和轴 39在调节驱动装置内部这样被操纵，即齿部未脱出啮合，则调节驱 动装置以理想的方式不滑脱i也工作。
驱动环1的和轴39的摆线齿部被认为是特别优选的。在摆线 的齿部的情况下，所有齿中的几乎一半啮合，由》匕可以在驱动环1 与轴39之间传输很高的转矩。首先，通过在驱动环1的内表面24
19上的和在轴39的外表面35上的齿的l史量确定了调节驱动装置的传动比，其典型地在乂人20: 1至200: l之间的范围中。为了进一步使调节驱动装置^皮调整出^^又一个齿的距离，也就是i兌进一步4吏得轴39通过驱动环1 S走转一个齿的-巨离，优选;也必须经历调节驱动装置的控制中的正弦信号的完整的周期。由于为了进一步调节出一个齿的距离而必须经历控制信号的一个周期，因此调节驱动装置的特征在于高的精度和高的重复精度。此外，通过齿的数量以及对于每个齿的控制信号的周期的应用而实现了调节驱动装置的高的角度分辨率。作为对此的补充，可以任意地在控制信号的周期之内插值，以便确保调节驱动装置的微步运行。因此，调节驱动装置根据优选的配置而提供了高效率、高传动比、高的可传输转矩(基于驱动环1的和轴39的齿部)、在传输转矩时的不滑脱性能、在轴39(微步运行)的齿之内的旋转角度的任意插值、少的驱动转矩波动(波动)以及对于驱动环1和轴39的^氐的齿面负载，乂人而同冲羊也降低了磨损。
权利要求
1.一种机电马达，特别是压电式微步驱动装置，具有-两个机电驱动件(19a，19b)，所述驱动件具有近似彼此垂直指向的作用方向，-这样可旋转地支撑在驱动环(1)中的轴(39)，即所述驱动环(1)可通过所述机电驱动件(19a，19b)在各自的作用方向上的偏转来激励进行可直接传递到所述轴(39)上的推移运动，从而使所述轴(39)在所述驱动环(1)中滚动并由此旋转，同时-所述驱动环(1)借助于两个彼此平行并且平行于所述两个作用方向中的一个作用方向的、分别朝向于其两个端部而具有各一个铰链(5)的拉压杆(3a，3b)来连接到对角杆(4)的端部上，从而使所述驱动环(1)可以相对于所述对角杆(4)以剪切的形式而向所述两个作用方向中的另一个作用方向移动，以及-至少逐段地斜向于所述两个作用方向延伸的所述对角杆(4)的对角相对设置的端部分别借助于平行于所述另一个作用方向的、朝向于其两个端部而具有各一个铰链(5)的拉压杆(6a，6b)来连接到各一个固定件(12)上，其中所述杆(6a，6b)中的一个的所述固定件(12)和所述杆(6a，6b)中的另一个在所述对角杆(4)上的连接部位-反之亦然-分别大约沿着平行于所述一个作用方向的平行线而彼此相对设置，从而使所述对角杆(4)可以相对于所述固定件(12)而向所述一个作用方向推移。
2. 根据权利要求1所述的机电马达，其中所述拉压杆(3a, 3b, 6a, 6b)的所述4交链(5)分别i殳计为固体4交链。
3. 根据权利要求2所述的机电马达，其中所述固体铰链(5 )分 别通过所述拉压杆(3a， 3b， 6a, 6b)的短的部段中的横截面收缩部形成。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的4几电马达，其中平行于所 述一个作用方向布置的所述^立压片干(3a, 3b)沿着所述驱动环(1 )的相对设置的侧面(14 )或者驱动环(1 )的一半布置并 且分别连4妄到所述驱动环(1)的加强部(13, 15)上，所述 加强部布置在所述驱动环(1 )的背向所述^j"角4干(4)的侧面 或者一半上。
5. 根据权利要求4所述的机电马达，其中在所述驱动环(1 )与 所述对角杆(4)之间布置的、平4亍于所述另一个作用方向的 拉压杆(6a )的长度小于在所述两个平4亍于所述一个作用方向 布置的4立压才干(3a， 3b)之间的间3巨。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的机电马达，其中所述对角 杆(4)包括几乎平行于所述另一个作用方向布置的中间^殳； 和端部部^殳，所述端部部^爻朝向于所述中间4殳形成角度，其中 所述端部部段以相同的旋转方向形成角度，从而使所述对角杆(4)的所述端部彼此大约对角相对设置。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的机电马达，其中所述固定 件(12)连接着平行于所述另一个作用方向布置的、沿着所述 对角杆(4)的背向所述驱动环(1 )的侧面走向的所述拉压杆(6b),所述固定件固定在近似矩形的、初4成刚性的框形部件 (8)上。
8. 根据权利要求7所述的机电马达，其中所述框形部件(8)设 计为所述步进驱动装置的壳体部件。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的机电马达，其中所述固定 件连接着平行于所述另一个作用方向布置的、沿着所述对角杆(4)的面向所述驱动环(1 )的侧面走向的所述4立压才干(6a), 所述固定件集成在所述步进驱动装置的壳体的底板元件(18) 和/或盖(20)中，其中所述拉压杆(6a)的设计用于连接到
10. 才艮据权利要求1至9中任一项所述的机电马达，所述才几电马达的两个机电驱动件(19a, 19b)是弯曲作动器，优选地是压电 式弯曲作动器。
11. 根据权利要求4和10所述的机电马达，其中各有一个平行于 所述一个或者i兌所述另 一个作用方向布置的、沿着所述驱动环(1)的一个侧面(14)或一半走向的^立压4干(lla, lib)连 4妄在所述驱动环(1)上的所述加强部(13, 15)上，所述4立 压杆朝向于其两个端部而具有各一个固体4交链(5 )，并且在其 背向所述加强部(13， 15 )的端部上分别连4妄有垂直于各个所 述4i压杆(lla, lib)布置的、沿着所述驱动环(1)的一个 侧面(14)或一半走向的弯曲作动器(19a, 19b)的移动的端部。
12. 根据权利要求10或11所述的机电马达，其中至少是所述框形 部件(8)、所述驱动环(1)、所述^立压片干(3a, 3b, 6a， 6b, lla, lib)以及所述对角杆(4)构成了以塑料喷射注塑技术 一体制成的驱动模块，其中所述弯曲作动器(19a， 19b)—同 注入所述驱动模块中。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的机电马达，其中近似正 方形的壳体设计具有底板元件(18)和盖(20),其中在所述 底板元件(18 )中设计有具有抵靠面(27 )和第一轴承孔(26 )的中央轴4义座(28)，以及在所述盖(20)中i殳计有用于所述 轴(39)的第二轴承孔(29)，以及其中所述固定件(12)这 样布置在所述壳体上并且在那里固定或者集成，从而使所述轴 (39)的至少一个圓柱形的滚动面(35)可以在所述驱动环(1 ) 的环孔(2)的配属的滚动面(24)中滚动。
14. 根据权利要求13所述的机电马达，其中所述轴(39)设计具 有盘形的中间件，所述中间件的第 一环形端面平》文在所述轴寿义 座(28)上并且所述中间件的外周表面形成了所述轴(39)的 所述圓柱形的滚动面(35)。
15. 根据权利要求14所述的机电马达，其中为了确保在所述轴(39)的轴线的z方向上的固定而i殳计有弧形弹簧(21),所 述弧形弹簧配备有孔(30)以使z使所述轴(39)穿过，所述弧 形弹簧一方面支撑在所述轴(39 )的所述盘形的中间件的第二环形端面上，以及另一方面在装配了盖的情况下支撑在所述盖 的表面上，乂人而轻易地防止了所述轴(39)的》走转。
16. 根据权利要求1至15中任一项所述的机电马达，其中为了实 现在所述驱动环(1 )的所述环孔(2 )的内表面(24 )上和在 所述轴(39)的所述配属的滚动面(35)上的形状配合的力传 递而安装了齿部，特别是摆线齿部。
全文摘要
本发明涉及一种马达，包括两个驱动件(19a，19b)，特别是压电式弯曲作动器，其具有彼此垂直指向的作用方向。这些作动器(19a，19b)作用在驱动环(1)上，从而由此使轴(39)旋转。在驱动环(1)上连接有两个平行于一个有效方向作用方向的拉压杆(3a，3b)，该拉压杆分别朝向其两个端部具有各一个铰链(5)并且其连接到对角杆(4)的端部上，环(1)相对于该对角杆可以向另一个作用方向移动。对角杆(4)自身通过对角悬挂装置可以相对于固定件(12)向该一个作用方向移动。这获得了紧凑的驱动装置，其具有非径向铰接在环(1)上的作动器。
文档编号G01P1/08GK101681987SQ200880016520
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月23日 优先权日2007年5月18日
发明者伯恩哈德·戈特利布, 卡尔-海因茨·米滕比勒, 卡斯滕·瓦伦豪尔, 安德烈亚斯·卡佩尔, 海因里希-约亨·布卢默, 罗伯特·沃尔夫冈·基塞尔, 蒂姆·施韦贝尔 申请人:大陆汽车有限责任公司