專利名稱：用于汽車驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等的壓電式電機(jī)的制作方法
用于汽車驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等的壓電式電機(jī)
本發(fā)明涉及一種壓電式電機(jī)，尤其是設(shè)計(jì)用于汽車驅(qū)動(dòng)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也 用于這樣的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中要求高驅(qū)動(dòng)功率，并且要求高驅(qū)動(dòng)力和/或高
本發(fā)明的一個(gè)特殊并且重要的應(yīng)用領(lǐng)域是在諸如混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)中的、作用在制動(dòng)圓盤(pán)的電機(jī)上的應(yīng)用。
WO 03/005 553A2已經(jīng)公開(kāi)了 一種用于高驅(qū)動(dòng)功率的壓電式驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 該電機(jī)也設(shè)計(jì)用于重載驅(qū)動(dòng)。
在WO 03/005 553A2中所述的壓電式驅(qū)動(dòng)裝置具有多個(gè)形式為壓電元 件堆垛的壓電疊片，其設(shè)置在相對(duì)固定的基準(zhǔn)部分(Bezugsteil)和相對(duì)該基準(zhǔn) 部分運(yùn)動(dòng)的輸出部分之間。這些壓電疊片用于有選#^也產(chǎn)生基準(zhǔn)部分和輸出 部分之間的夾緊力，因此它們被稱作"夾緊壓電疊片"。壓電疊片分別通過(guò) 壓電元件堆垛裝置的一端固定在基準(zhǔn)部分上，并且另 一端支撐在輸出部分 上，但不固定在輸出部分上。壓電疊片依次設(shè)置構(gòu)成的排列的取向橫向于輸 出部分和基準(zhǔn)部分之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向延伸。
同樣，分別設(shè)計(jì)為壓電元件堆垛的壓電疊片由于其功能被稱為"步進(jìn)壓 電疊片"，其堆垛高度方向大約垂直于夾緊壓電疊片的堆垛高度方向，并且 朝向基準(zhǔn)部分和輸出部分之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向。這些步進(jìn)壓電疊片又分別 通過(guò)其壓電元件堆垛裝置的一端固定在基準(zhǔn)部分上，并且通過(guò)另 一端與夾緊 壓電疊片(或者夾緊壓電疊片的部件)支撐在輸出部分的一端相連接。
存在有兩組夾緊壓電疊片和兩組步進(jìn)壓電疊片。步進(jìn)壓電疊片是這樣電 控制的，即，每次只有一組步進(jìn)壓電疊片被夾緊壓電疊片激活，也就是說(shuō)， 由于膨脹而被電加載，并且該夾緊壓電疊片自?shī)A緊得靠放在輸出部分上，而 另一組步進(jìn)壓電疊片則被夾緊壓電疊片去激活，即處于分離位置，也就是不 與輸出端夾緊地連接。然后，配屬于夾緊連接的夾緊壓電疊片組的一組步進(jìn) 壓電疊片被激活，因此，所涉及的步進(jìn)壓電疊片旋轉(zhuǎn)，并由此使夾緊壓電疊 片夾緊在輸出部分上的端部在輸出部分的運(yùn)動(dòng)方向上偏轉(zhuǎn)一相應(yīng)的距離。由 此，輸出部分在另一組夾緊壓電疊片組的連接至松開(kāi)位置的夾緊壓電疊片下
面運(yùn)動(dòng)一相應(yīng)的距離。之后，切換控制，也就是說(shuō)，先前處于夾緊狀態(tài)的夾 緊壓電疊片被轉(zhuǎn)接至松開(kāi)位置，同樣，所屬的步進(jìn)壓電疊片被松開(kāi)，因此， 先前處于夾緊狀態(tài)的夾緊壓電疊片從夾緊位置松開(kāi)，并且回到其初始位置， 而在此期間，先前處于松開(kāi)狀態(tài)的另 一組夾緊壓電疊片會(huì)被激活而處于夾緊 狀態(tài)，然后，其步進(jìn)壓電疊片也被激活。兩組夾緊壓電疊片和其分別配置的 步進(jìn)壓電疊片以這種方式通過(guò)它們交替的作用產(chǎn)生向前運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)序列，因 此輸出部分步進(jìn)地運(yùn)動(dòng)。因?yàn)?，壓電疊片的控制是在幾千赫茲的頻率范圍內(nèi)， 例如25千赫茲進(jìn)行，所以獲得了輸出部分相對(duì)于基準(zhǔn)部分的類似于連續(xù)的 運(yùn)動(dòng)。
在WO 03/005 553中公開(kāi)的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，基準(zhǔn)部分是通過(guò)一 "半剛 性"的板橋與夾緊壓電疊片的固定堆垛端相連接。在此，"半剛性"是指板 橋至少在夾緊壓電疊片的長(zhǎng)度公差區(qū)域和膨脹行程區(qū)域內(nèi)，在靜態(tài)下彎曲彈 性地適應(yīng)夾緊壓電疊片的堆疊高度偏差，而在工作頻率下的動(dòng)態(tài)時(shí)卻保持相 當(dāng)程度的剛性?；谶@樣的認(rèn)知，即，壓電疊片的運(yùn)動(dòng)非常小。壓電疊片可 以達(dá)到的膨脹長(zhǎng)度相當(dāng)于堆疊高度的千分之一。即如果夾緊壓電疊片的堆垛 高度在20毫米左右的話，那么它的膨脹長(zhǎng)度大約在20微米左右。另一方面， 驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械組件的公差在高精度的加工下總是保持在百分之一 毫米的 范圍內(nèi)。同樣地，壓電疊片的堆垛高度也受加工公差的影響，因此，盡管所 有壓電疊片的誤差都在允許的范圍內(nèi)，但在依次串接地設(shè)置多個(gè)壓電疊片的 總高度也不相同。WO 03/005 553里介紹的裝置通過(guò)設(shè)置"半剛性"的板橋 考慮這種情況，并且因此創(chuàng)造了這種壓電驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)際工作能力的前提， 這適合于高驅(qū)動(dòng)功率，因?yàn)?，由此?chuàng)造了功能上必要的前提，即，夾緊壓電 疊片始終在繃緊地預(yù)緊狀況下保^^在基準(zhǔn)部分和輸出部分之間，因?yàn)?，否則 在可能達(dá)到的膨脹行程中所要求的夾緊力并因此用于運(yùn)動(dòng)輸出部分所需的 摩擦力會(huì)不夠。夾緊壓電疊片的自由端支撐在其上的夾緊壓電疊片的輸出部 分相對(duì)"半剛性"的板橋剛性地設(shè)計(jì)。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是進(jìn)一步發(fā)展由WO 03/005 553所公開(kāi)的 壓電式驅(qū)動(dòng)的原理，尤其是考慮到這種壓電式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和 可制造性，鑒于帶有可在電驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)之間可選擇的切換的混合動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)的汽車設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，也特別考慮了在這種混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方案的框架內(nèi)作 為電驅(qū)動(dòng)的使用。在此，也應(yīng)考慮僅裝備有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車得可升級(jí)性，
因此，本發(fā)明另一個(gè)目的在于，將這種壓電式驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)造為作用在汽車的 制動(dòng)盤(pán)(或者相似的驅(qū)動(dòng)盤(pán)上)上的驅(qū)動(dòng)裝置。
前面所說(shuō)的發(fā)明任務(wù)的重要觀點(diǎn)在于，如此地設(shè)計(jì)壓電式電機(jī)的布置， 即，根據(jù)使用目的可提供低或高的驅(qū)動(dòng)速度，如果需要的話，產(chǎn)生可在很大 范圍內(nèi)變化的驅(qū)動(dòng)速度，或者可在低速的情況下產(chǎn)生極其高的驅(qū)動(dòng)力。
按照本發(fā)明，該技術(shù)問(wèn)題通過(guò)權(quán)利要求1中給出的的壓電式驅(qū)動(dòng)裝置的 設(shè)計(jì)解決。本發(fā)明的實(shí)施形式以及改進(jìn)是各從屬權(quán)利要求的主題。
在權(quán)利要求1記載有其核心的本發(fā)明包括了在WO 03/005 553里原理上 公開(kāi)的、結(jié)構(gòu)為分離的、依靠摩擦力結(jié)合在一起的橋元件也或結(jié)構(gòu)為一體地 通過(guò)材料橋連接在一起的橋元件，所述橋元件分別配屬于一個(gè)夾緊壓電疊 片。
通過(guò)對(duì)裝置幾何形狀的選擇，特別是選擇步進(jìn)壓電疊片和底座之間以及 底座和支座之間的連接位置的相對(duì)定位，可以調(diào)節(jié)出與各自的使用目的最優(yōu) 地相適應(yīng)的、步進(jìn)壓電偏轉(zhuǎn)和在其在輸出部分上的作用位置上的底座偏轉(zhuǎn)之 間的"傳動(dòng)比"。
對(duì)于作為汽車驅(qū)動(dòng)裝置的應(yīng)用，按本發(fā)明尤其設(shè)計(jì)為，即-,夾緊壓電疊 片分別配置有兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片，所述步進(jìn)壓電疊片相反地設(shè)置，使得在夾 緊壓電疊片的堆垛方向上作用線和各夾緊壓電疊片的底座上的作用點(diǎn)具有 短的間距，并且其中，步進(jìn)壓電疊片在夾緊疊片的底座上的作用點(diǎn)之間的間 距是輸出部分側(cè)的底座端和最靠近該底座端的作用點(diǎn)之間間距的多倍。通過(guò) 步進(jìn)壓電疊片的反向偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)作用點(diǎn)之間以及輸出部分和最靠近其 的作用點(diǎn)之間的間距的間距比例實(shí)現(xiàn)一機(jī)械的杠桿傳動(dòng)比，該傳動(dòng)比使得輸 出部分的步進(jìn)行程相對(duì)于步進(jìn)壓電疊片的偏移行程放大。由此可以在壓電疊 片在用作汽車驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)在相應(yīng)的工作頻率下，通過(guò)直接傳動(dòng)在車輪軸上例 如通過(guò)制動(dòng)盤(pán)達(dá)到明顯高于200km/h的速度。此外，可以通過(guò)相反運(yùn)動(dòng)的步 進(jìn)壓電疊片的控制的相位移動(dòng)以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)速度控制。
接下來(lái)參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明及其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用可能性。。圖
中
圖l是壓電式的、作用在制動(dòng)盤(pán)上的雙傳動(dòng)裝置的示意側(cè)視圖；圖2是 按

圖1的傳動(dòng)裝置的正面視圖，圖3 是使用按圖1和圖2所示的壓電傳動(dòng) 裝置的混合傳動(dòng)裝置的示意圖，
圖4A和圖4B按本發(fā)明的壓電傳動(dòng)裝置的正面視圖和側(cè)視圖，其用作
輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，
圖5A和圖5B按本發(fā)明的壓電傳動(dòng)裝置的的側(cè)視圖和正面視圖，其作 用在絲桿上，并且可用作調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，圖6A和圖6B是按本發(fā)明的壓電 式直線驅(qū)動(dòng)裝置的側(cè)視圖和俯視圖，
圖7 是用于解開(kāi)夾緊壓電疊片結(jié)合(Klemmpiezopaketeingriff)的斷開(kāi)裝
置，
圖8是用于按本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的壓電疊片的壓電元件堆垛的壓 電元件的電連接裝置的示意圖，
圖9類似于圖1的、帶有一筒化的壓電式電機(jī)裝置的實(shí)施形式的示意圖。
圖l和圖2示出了壓電式雙重傳動(dòng)裝置的側(cè)視圖(圖1)和俯視圖(圖2)，
該雙重傳動(dòng)裝置作用在制動(dòng)盤(pán)i或其它傳動(dòng)輪的兩側(cè)。在圖r中是制動(dòng)盤(pán)從
邊緣上看的視圖，圖2是它的剖面圖。圖1中的箭頭示出了制動(dòng)盤(pán)1的運(yùn)動(dòng) 方向。
在圖1和圖2中示出的壓電式雙重傳動(dòng)裝置由兩個(gè)鏡面對(duì)稱地設(shè)置在制 動(dòng)盤(pán)1兩側(cè)的單傳動(dòng)裝置組成，它們通過(guò)一公共的、鉗形框架2相互連接。
雙重傳動(dòng)裝置的每個(gè)單傳動(dòng)裝置具有四個(gè)分別帶有一個(gè)支撐元件3串 接的壓電堆垛裝置。在圖1中，分別能在側(cè)視圖中看到一個(gè)這種的壓電疊片 裝置及其所屬的支撐元件3。圖2中，分別可見(jiàn)四個(gè)依次排列設(shè)置的支撐元 件3，所述支撐元件包括各自的壓電疊片裝置b如圖1所示，雙重傳動(dòng)裝置 的兩個(gè)傳動(dòng)裝置的支撐元件3分別通過(guò)橋4 一體地相互連接。
如由圖2可知，每排中的四個(gè)支撐元件3分別是在中間放置有間隔墊圏 5的情況下借助于絲杠6和緊固螺母7摩擦連接地壓緊在一起。每個(gè)傳動(dòng)裝 置中如此相互壓緊的支撐元件3形成了前面所說(shuō)的WO 03/005 553 A2中公 開(kāi)的"半剛性"的板橋。
每個(gè)支撐元件3包含有三個(gè)壓電疊片裝置，即一個(gè)夾緊壓電疊片8、 一 個(gè)第一步進(jìn)壓電疊片9和一個(gè)第二步緊壓電疊片10。壓電疊片8、 9、 10只 分別示意性地示出。
夾緊壓電疊片8在一垂直于制動(dòng)盤(pán)l所在平面延伸的壓電元件堆垛方向 上設(shè)置在支撐元件3支撐在制動(dòng)盤(pán)1的底座11之間。兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片9
和10分別具有一個(gè)相互平行，并且平行于制動(dòng)盤(pán)1所在平面延伸的壓電元 件堆垛方向，并且分別安裝在支撐元件3和底座11之間，其中，與底座ll 的連接位置在底座11的縱向相互轉(zhuǎn)置。
兩個(gè)步進(jìn)壓電堆垛9和10在底座11上的連接位置和作用位置的間距在
國(guó)1中用dl標(biāo)出，并且，制動(dòng)盤(pán)1和最近的步進(jìn)壓電堆垛9上的制動(dòng)盤(pán)和 底座11的連接位置之間的距離在圖1中用d2示出。因此，裝置是這樣連接 的在兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片9和10被激活時(shí)增加其膨脹行程(Dehnungshub)， 并且引起底座11 一定角度的偏轉(zhuǎn)；從圖l中的情況可知，間距d2的是間距 dl的多倍，這樣便產(chǎn)生了一個(gè)相應(yīng)的杠桿傳動(dòng)比，因此，底座ll貼靠在制 動(dòng)盤(pán)1上一端的偏移距離是底座11和步進(jìn)壓電疊片9的連接位置的偏移距 離的多倍。
所有夾緊壓電疊片的底座11在靜止?fàn)顟B(tài)下借助于框架2相對(duì)制動(dòng)盤(pán)1 保持夾緊狀態(tài)，這點(diǎn)在圖1中也可清楚地看出。在框架2中有一個(gè)強(qiáng)力的， 共同的預(yù)緊彈簧12,該彈簧作用在一可活動(dòng)的中間板13上，并且，在框架 一側(cè)(自然也在框架的另 一側(cè))的中間板13和每個(gè)支撐元件3的之間都設(shè)置有 夾緊彈簧14。因此，支撐元件3的布置在工作頻率的動(dòng)態(tài)下處于如開(kāi)頭所述 的"半剛性"的板橋狀態(tài)，并導(dǎo)致如下后果，即，在交替地加載時(shí)，各傳動(dòng) 裝置的總共四個(gè)壓電疊片裝置的第一和第二對(duì)夾緊壓電疊片中總是以加載 的一對(duì)夾緊壓電疊片8與制動(dòng)盤(pán)1摩擦接觸，而分別另一夾緊壓電疊片對(duì)暫 時(shí)從制動(dòng)盤(pán)l取下。
如由圖1中清楚可見(jiàn)的剖面圖可知，底座11在和步進(jìn)壓電疊片10的連 接位置的區(qū)域內(nèi)通過(guò)一截面收縮形成的"鉸鏈"和夾緊壓電堆垛8的底端相 連。該鉸鏈?zhǔn)沟玫鬃?1可以相對(duì)夾緊壓電疊片8的堆垛軸一定角度地偏轉(zhuǎn)。
在前面參照?qǐng)D1中所述的壓電疊片裝置具有兩個(gè)反向工作的、并且以平 行的作用線和作用點(diǎn)設(shè)置在底座11上的步進(jìn)壓電疊片9和10，使得可以實(shí) 現(xiàn)輸出部分的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的控制，在此，制動(dòng)盤(pán)1的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn) 動(dòng)方向的控制在壓電疊片的控制頻率保持相同時(shí)通過(guò)兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片9和 10的控制的相對(duì)相位的控制實(shí)現(xiàn)。保持(所有的)壓電疊片的控制頻率是必要 的，這樣就使得輸出部分，也即制動(dòng)盤(pán)1上負(fù)載的夾緊壓電疊片和不負(fù)載的 夾緊壓電疊片之間的更替與輸出部分速度無(wú)關(guān)地連續(xù)進(jìn)行。
如果兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片9和IO是被相位相同地控制，它們的膨脹偏轉(zhuǎn)將完全疊加，這樣人們獲得了制動(dòng)盤(pán)1上的底座11的最大步進(jìn)大小。在考 慮到杠桿傳動(dòng)比的同時(shí)，人們可以通過(guò)改變兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片9和10的控 制的相對(duì)相位來(lái)改變制動(dòng)盤(pán)1上的底座11的步進(jìn)長(zhǎng)度，并從而在相同的步 進(jìn)頻率下改變所產(chǎn)生的制動(dòng)盤(pán)1的速度。通過(guò)改變用于控制夾緊壓電疊片的 步進(jìn)壓電疊片的控制的相位也可以使制動(dòng)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向反向。
此外，壓電式電機(jī)也可以作為發(fā)電機(jī)工作，其中，制動(dòng)盤(pán)l推動(dòng)電機(jī)。 作為發(fā)電機(jī)工作的壓電式電機(jī)產(chǎn)生能量，并且將能量^諸存在電池里，以后這 些能量又可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)能源。在按本發(fā)明的壓電式電機(jī)用作汽 車驅(qū)動(dòng)，特別是在混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)方案的框架內(nèi)，壓電式電機(jī)也可以用于 制動(dòng)，即在在下坡路上行駛時(shí)或者在普通的制動(dòng)過(guò)程中，而液壓制動(dòng)僅用于 如緊急制動(dòng)的強(qiáng)制動(dòng)。
圖3以框圖的方式示出了汽車中的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其中引入了按圖 l和圖2中所示的、作用在制動(dòng)盤(pán)上的雙重壓電式電^L。
圖中示出了制動(dòng)盤(pán)1以及示意示出的、總體用20標(biāo)示的雙重壓電式電
機(jī)，此外，還示出了同樣作用在制動(dòng)盤(pán)1上的液壓制動(dòng)器21,以及示意性示 出的汽車內(nèi)燃機(jī)。油門(mén)踏板或更好是加速踏板用23,并且制動(dòng)踏板用24標(biāo) 示。通過(guò)壓電式電機(jī)在內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)之間的切在此沒(méi)有示出，因?yàn)椋?這種混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)中的切換裝置是眾所周知的，而且并不屬于本發(fā)明的 主題。
當(dāng)汽車使用內(nèi)燃機(jī)22行駛時(shí)，壓電式電機(jī)是斷開(kāi)的，也就是說(shuō)，沒(méi)有 與制動(dòng)盤(pán)l作用。這種斷開(kāi)如何可以實(shí)現(xiàn)，將在以后進(jìn)一步說(shuō)明。
當(dāng)汽車通過(guò)壓電式電機(jī)20驅(qū)動(dòng)時(shí)，該壓電式電機(jī)也作為腳制動(dòng)器工作， 然后作為發(fā)電機(jī)工作，其產(chǎn)生電能而不是消耗電能。在制動(dòng)管路25上連接 有一個(gè)制動(dòng)壓力傳感器26，該傳感器通過(guò)信號(hào)線路27和控制器28相連接。 控制器28響應(yīng)制動(dòng)壓力，并且還從檢測(cè)制動(dòng)盤(pán)1的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置29 得到的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并且據(jù)此調(diào)節(jié)壓電式電機(jī)20的運(yùn)行，即，特別是調(diào)節(jié)步 進(jìn)壓電疊片的控制的相位。圖3中還用框圖示意性地繪出，在控制器28里 有一電池30或者一電池裝置，當(dāng)然，電池本身并不一定在控制器內(nèi)，而是 可以設(shè)置在任意位置，用來(lái)為壓電式電動(dòng)機(jī)20提供能量或者接收并儲(chǔ)存在 制動(dòng)過(guò)程中在制動(dòng)盤(pán)1被推動(dòng)時(shí)由作為發(fā)電機(jī)工作的壓電式電機(jī)20所產(chǎn)生 的電能。
在強(qiáng)烈制動(dòng)，特別是危險(xiǎn)情況下的緊急剎車，剎車壓力會(huì)有很大的提高，
設(shè)置在制動(dòng)管路25里的溢壓閥31便會(huì)打開(kāi)，因此，液壓制動(dòng)裝置21也被
加載并起作用。
圖4A和圖4B分別以側(cè)視圖(圖4A)和正面視圖(圖4B)示出了壓電式驅(qū) 動(dòng)裝置用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸35的應(yīng)用，其中，壓電驅(qū)動(dòng)裝置^義局部剖視地示出。同 樣，圖5A和圖5B分別在側(cè)視圖(圖5A)和正面視圖(圖5B)示出了這種壓電 式驅(qū)動(dòng)裝置用于轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠36的應(yīng)用，其中，夾緊壓電疊片的底座11嚙合在 絲杠的螺紋間距中。這種布置也適用于較大傳動(dòng)力作用下的調(diào)節(jié)傳動(dòng)。
在圖4A、圖4B和圖5A、圖5B中，壓電疊片裝置并沒(méi)有被完整地示 出，而是被分開(kāi)示出，因?yàn)椋鼈冊(cè)谘b置中與按圖1的各單個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的布 置一致?？梢岳斫鉃閷?duì)于用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸的應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)為 2個(gè)徑向?qū)χ玫膲弘娛津?qū)動(dòng)裝置的雙重驅(qū)動(dòng)裝置的應(yīng)用，這樣便可以抵消夾 緊壓電疊片在軸圓周或心軸圓周上的壓力。
圖6A和圖6B分別在側(cè)視圖(圖6A)和正面視圖(圖6B)中示出了按本發(fā) 明的、設(shè)計(jì)為直線驅(qū)動(dòng)裝置的壓電式驅(qū)動(dòng)裝置，它是作為單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置示 出，但同樣也可以設(shè)計(jì)為雙重驅(qū)動(dòng)裝置。此裝置相當(dāng)于圖1中的每一個(gè)單獨(dú) 的驅(qū)動(dòng)裝置，其中，框架2是被設(shè)計(jì)為僅用于預(yù)緊支撐元件3的夾緊框架， 當(dāng)然理論上它也可以設(shè)計(jì)為圖1中雙重驅(qū)動(dòng)的共同框架。在此，輸出部分是 板37，當(dāng)然它也可以是軌道或桿。
對(duì)于所有的裝置都適用的是當(dāng)壓電式驅(qū)動(dòng)裝置，更好的說(shuō)是壓電疊片 裝置在圖示的實(shí)施形式中設(shè)置在定子上，也就是說(shuō)設(shè)置在裝置的相對(duì)固定的 基準(zhǔn)部分，并且?jiàn)A緊壓電堆垛的底座11作用在輸出部分，該裝置原則上在 運(yùn)動(dòng)學(xué)上也可以反向，即這樣，即，壓電疊片裝置設(shè)置在輸出部分上，也就 是說(shuō)設(shè)置在可運(yùn)動(dòng)的部分上，并且，夾緊壓電疊片支撐在基準(zhǔn)部分上，并且， 輸出部分相對(duì)基準(zhǔn)部分運(yùn)動(dòng)。
在所有附圖中示出的壓電式驅(qū)動(dòng)裝置中也包括一斷開(kāi)裝置，例如，如已 經(jīng)所述的那樣，當(dāng)汽車通過(guò)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，該斷開(kāi)裝置可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)盤(pán)1或 其它輸出部件的壓電式電機(jī)的有效作用的斷開(kāi)。根據(jù)圖6A和圖7說(shuō)明斷開(kāi) 裝置的構(gòu)造以及工作原理。在圖1中同樣示出了斷開(kāi)裝置，但是為了清晰的 原因，沒(méi)有進(jìn)行標(biāo)注。
如由圖6清晰可見(jiàn)，每個(gè)彈簧14不是直接作用在各自的支撐元件上， 而是通過(guò)壓塊50和滾筒51。在此，滾筒51安置在支撐元件3的凸肩52上。 如由圖6A中進(jìn)一步可知，框架2在和支撐元件3的凸肩52的相同的 平面內(nèi)具有凸肩53。所有支撐元件3的滾筒51都可通過(guò)一公共的操縱桿在 其位于各自的支撐元件3的凸肩52上的正常位置和如圖6所示向右移動(dòng)的、 位于框架2的凸肩53的位置之間移動(dòng)，具體是借助于兩個(gè)板式彈簧54，所 述板式彈簧在示出支撐元件的俯視7中被示出。兩個(gè)板式彈簧在圖7中 示出的，向外移動(dòng)的正常位置預(yù)夾緊。 一可選擇地操縱的電磁體55在圖7 中示意性地示出，兩個(gè)板式彈簧54在操縱時(shí)被吸引，板式彈簧54因此拉長(zhǎng)。 所述板式彈簧一方面固定在支撐元件3上(或者框架2上的恰當(dāng)位置)，另一 方面分別與操縱滾筒51的桿的一軸向端部的相連接的板式彈簧54起肘桿的 作用。在板式彈簧54由于電磁體55的吸引而伸長(zhǎng)時(shí)，使得鉸接位置57連 同桿一起由于圖7中的板式彈簧54較大的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度向右運(yùn)動(dòng)，，這導(dǎo)致圖6A 中可見(jiàn)的滾筒51從支撐元件3凸肩52向框架2的凸肩53的運(yùn)動(dòng)。但是， 之后支撐元件3便不再受到支撐作用，并且相對(duì)輸出元件，在圖6A中是板 37預(yù)緊，因此，輸出元件可在壓電疊片裝置的底座11下面自由地運(yùn)動(dòng)。
圖8以原理圖示出了結(jié)構(gòu)為壓電元件堆垛的壓電疊片，以及其電連接頭 和其電控制裝置。
電控制裝置設(shè)計(jì)為L(zhǎng)C振蕩電路，即具有一振蕩線圈40和一個(gè)作為電 容的壓電元件41。通過(guò)這個(gè)控制裝置，僅需在振蕩電路中提供所需的能量， 而用于壓電疊片的膨脹和收縮所需能量的基本交換在振蕩電路內(nèi)進(jìn)行。
重要的是，在所示的裝置中有這樣的狀態(tài)，即，由壓電元件41之間的 分隔層引出的連接端42首先與壓電疊片相隔地與公共導(dǎo)線43或44項(xiàng)連接， 因此，連接端42就可以吸納壓電疊片的膨脹振蕩，并且，這樣使得與公共 導(dǎo)線的連接位置和連接端在壓電元件上的連接位置免受振蕩荷載的沖擊。
接口端42優(yōu)選分別具有與壓電元件有相同的寬度，因此，它們就大面 積地設(shè)計(jì)。因此，它們也用作排出在壓電元件內(nèi)所產(chǎn)生的熱量的熱導(dǎo)體。如 圖8所示，與現(xiàn)今的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相反，連接端42不只和壓電元件的邊緣相連 接，而且也被作為銅薄膜裝進(jìn)壓電堆垛中，以便能更好地導(dǎo)出熱量，并且可 以利用外面的皮膚效應(yīng)。
圖9在側(cè)視圖中以類似的方式示出了如圖1的帶有壓電式電機(jī)的雙重驅(qū) 動(dòng)裝置，其作用在制動(dòng)盤(pán)1的兩側(cè)或其它驅(qū)動(dòng)盤(pán)上，其中，壓電式電機(jī)的結(jié)
構(gòu)相對(duì)圖1中的裝置有所簡(jiǎn)化。在按圖9的裝置中，每個(gè)夾緊壓電疊片僅配 設(shè)有一個(gè)步進(jìn)壓電疊片，并且，在圖1中存在的第二個(gè)步進(jìn)壓電疊片10通
過(guò)固定的支座16(wiederlager)裝在基準(zhǔn)部分2上。支座16通過(guò)類似鉸鏈17 和底座相連，其與底座11與夾緊疊片堆垛的連接相隔。步進(jìn)壓電疊片9和 底座11之間的連接同樣通過(guò)在與支座16的連接和與輸出部分1作用的底座 端之間的所選的位置上的類似鉸鏈實(shí)現(xiàn)。通過(guò)選擇底座11與步進(jìn)壓電疊片9 和支座16的相對(duì)定為，可以調(diào)節(jié)或選擇傳動(dòng)比，也就是步進(jìn)壓電疊片的膨 脹長(zhǎng)度與作用在輸出部分上的底座端的步進(jìn)長(zhǎng)度的比例。
在按圖9的實(shí)施形式中，盡管相對(duì)圖1所示裝置損失了最大的運(yùn)行速度， 并且給出了通過(guò)其中的兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片9和10的偏轉(zhuǎn)的相位偏移的速度 調(diào)節(jié)能力，然而，這種簡(jiǎn)化的裝置更經(jīng)濟(jì)，更小，并且對(duì)于許多應(yīng)用是足夠 的。
在所有的實(shí)施形式中，速度調(diào)節(jié)可以通過(guò)對(duì)夾緊壓電疊片和步進(jìn)壓電疊 片的控制頻率的頻率改變實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然只在"半剛性"的板橋的允許范圍內(nèi)， 或者也可以通過(guò)改變步進(jìn)壓電疊片的行程，通過(guò)改變步進(jìn)壓電疊片的控制電 壓改變其膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)。
按本發(fā)明也可能的是，借助于在附圖中沒(méi)有示出的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變"半剛 性"板橋的剛度，以便使該剛度例如和壓電疊片的控制頻率或其它的驅(qū)動(dòng)要 求相適應(yīng)。半剛性的板橋的剛度的調(diào)整也可以通過(guò)形成橋元件的支撐元件3 來(lái)實(shí)現(xiàn)，只要再次通過(guò)應(yīng)用壓電機(jī)構(gòu)的夾緊力來(lái)代替固定的機(jī)械的夾緊機(jī)構(gòu) (例如夾緊螺栓、.蝶形彈簧組等)，壓電機(jī)構(gòu)由于導(dǎo)致改變其偏轉(zhuǎn)的負(fù)載的 電壓或多或少的膨脹，因此，向橋元件施加或強(qiáng)或弱得夾緊壓力。因?yàn)?，?duì) 于電壓變化非常小的程度就已經(jīng)足夠，所以借助于壓電機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是非 常適合的。
權(quán)利要求
1.一種用于形成一基準(zhǔn)部分(2)和一輸出部分(1)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的壓電式電機(jī)，其具有多個(gè)設(shè)置在所述基準(zhǔn)部分(2)和所述輸出部分(1)之間的夾緊壓電疊片(8)，所述夾緊壓電疊片大約垂直于所述輸出部分和所述基準(zhǔn)部分之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向地取向，并且，分別以一端固定在所述基準(zhǔn)部分(2)上，并且以另一端通過(guò)一底座(11)摩擦傳遞地支撐在所述輸出端(1)上，其中，所述夾緊壓電疊片(8)包括至少兩個(gè)交替電加載的組，還具有一被預(yù)壓緊地支撐在所述基準(zhǔn)部分(2)上的橋，在所述橋上支撐有所述夾緊壓電疊片(8)的固定端，其中，所述橋“半剛性”地設(shè)計(jì)，“半剛性”意味著橋在靜止?fàn)顟B(tài)足夠柔軟地平衡所述夾緊壓電疊片的長(zhǎng)度公差，但在動(dòng)態(tài)下在壓電加載頻率下是剛性的，并且具有多個(gè)步進(jìn)壓電疊片(9、10)，其分別配設(shè)有一夾緊壓電疊片(8)，并且大約平行于所述輸出部分和所述基準(zhǔn)部分之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向設(shè)置，以及分別以其一端固定在所述基準(zhǔn)部分上，并且以另一端與所配屬的夾緊壓電疊片的底座(11)相連接，其特征在于，所述夾緊壓電疊片(8)和其分別配屬的底座(11)通過(guò)一類似鉸鏈相連接，此外，所述底座(11)在一與所配置的夾緊壓電疊片(8)的連接位置相隔的位置通過(guò)另一類似-鉸鏈和一支座(16)相連接，并且，所述分別配設(shè)的步進(jìn)壓電疊片(9)在一位于與所述支座(16)的連接位置和所述底座(11)的輸出部分側(cè)端部或者與所述夾緊壓電疊片的連接位置之間的位置上與所述底座(11)相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式電機(jī)，其中，所述支座(16)由第二步 進(jìn)壓電疊片(10)這樣地代替，即，兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片(9、 IO)相反地定向，并 且具有沿各自的夾緊壓電疊片(8)的縱向錯(cuò)開(kāi)的作用線，并且，所述兩個(gè)步進(jìn) 壓電疊片(9、 10)與所述底座(11)的連接位置沿所述夾緊壓電疊片(8)的縱向相 互相隔，并且與所述底座(ll)在所述輸出部分(l)上的作用位置相隔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電式電機(jī)，其中，所述底座(ll)和所述 夾緊壓電疊片(8)之間的類似鉸接的連接通過(guò)所述底座的橫截面收縮形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電式電機(jī)，其中，所述底座(ll)作用在所述 輸出部分(l)上的一端和靠近于所述輸出部分的步進(jìn)壓電疊片-連接位置之間 的間距是所述兩個(gè)步進(jìn)壓電疊片(9， 10)與所述底座(11)的連接位置之間的距 離的數(shù)倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電式電機(jī)，其中，雖然所述兩個(gè)步進(jìn)壓電 疊片(9、 10)與所述夾緊壓電疊片(8)可同步地電加載，但是，它們相對(duì)于彼 此以及相對(duì)于所述夾緊壓電疊片可以以改變的相位電加載。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的壓電式電機(jī)，其中，所述半剛 性的橋被分為多個(gè)單獨(dú)的、分別與一夾緊壓電疊片(8)相配置的元件(3),所 述各元件通過(guò)摩擦傳遞的夾緊裝置(5、 6、 7)相互連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓電式電機(jī)，其中，所述半剛性的橋的各元 件(3)在所述輸出部分和所述基準(zhǔn)部分之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上由所述夾緊 壓電疊片(8)的縱軸向一側(cè)錯(cuò)移地被夾緊(5、. 6、 7)在一起，并且分別在一由 所述夾緊壓電疊片的縱軸沿所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向向另 一 側(cè)錯(cuò)移的位置上單 獨(dú)地被預(yù)壓緊地與所述基準(zhǔn)部分(2)相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的壓電式電機(jī)，其中，所述橋的每個(gè)元件 (3)設(shè)計(jì)為承接各自的夾緊壓電疊片(8)以及所述兩個(gè)配屬的步進(jìn)壓電疊片(9、 IO)的支座元件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的壓電式電機(jī)，其被作為雙重裝 置，由兩個(gè)鏡面對(duì)稱地或徑向?qū)χ玫卦O(shè)置的、作用于兩個(gè)相反或徑向?qū)χ玫?輸出部分(l、 35、 36、 37)的側(cè)面的單個(gè)電機(jī)裝置組成，所述單個(gè)電機(jī)裝置通 過(guò)共同的基準(zhǔn)部分(2)相互連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓電式電機(jī)，其兩個(gè)單獨(dú)的電機(jī)裝置作用于 環(huán)形的汽車驅(qū)動(dòng)盤(pán)或車輪驅(qū)動(dòng)盤(pán)以及制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓電式電機(jī)，其作用于汽車的車輪制動(dòng)盤(pán) 上，它具有一電控制器(28),該控制器通過(guò)一壓力傳感器(26)檢測(cè)汽車的制 動(dòng)管路中的制動(dòng)壓力，并且據(jù)此將壓電式電機(jī)切換至發(fā)電機(jī)運(yùn)行，在作為發(fā) 電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由推動(dòng)的制動(dòng)盤(pán)運(yùn)行產(chǎn)生的電能被儲(chǔ)存在電池(30)內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的壓電式電機(jī)，其中，所述半剛性橋的各 元件(3)的夾緊借助于一產(chǎn)生夾緊力的壓電疊片可改變夾緊力地實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種壓電式電機(jī)，帶有設(shè)置在基準(zhǔn)部分(2)和輸出部分(1)之間的、可交替電加載的夾緊壓電疊片(8)，并且優(yōu)選具有兩個(gè)配屬于各夾緊壓電疊片的、相反設(shè)置的步進(jìn)壓電疊片(9、10)或者一夾緊壓電疊片和一支座(16)，它們?cè)趭A緊壓電疊片的縱向相互相隔的、并且與所述輸出部分(1)相隔的位置與類似-鉸鏈地與所述夾緊壓電疊片(8)連接的底座連接。兩個(gè)對(duì)稱布置的電機(jī)裝置作用在汽車驅(qū)動(dòng)盤(pán)或者制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)，特別在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域里。
文檔編號(hào)F16D65/14GK101371430SQ200680052715
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者漢斯·里克特 申請(qǐng)人:伯塔·里克特