專利名稱：壓電驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
壓電驅(qū)動(dòng)裝置本發(fā)明涉及一種壓電驅(qū)動(dòng)裝置特別是如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于地形或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器中的壓電驅(qū)動(dòng)裝置。在許多精確裝置例如地形測(cè)量機(jī)器中，需要多個(gè)元件或整個(gè)機(jī)器的移動(dòng)。此時(shí)，需要精確實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，而在動(dòng)態(tài)應(yīng)用的情況下，還需要滿意的速度，經(jīng)常假設(shè)啟動(dòng)和/或重復(fù)是高精度的。此外，適于野外的機(jī)器從根本上來(lái)講要求驅(qū)動(dòng)裝置的魯棒性、低能耗和寬溫度范圍內(nèi)的可靠操作性。這種測(cè)量機(jī)器的例子為經(jīng)緯儀或準(zhǔn)距儀，其-與集成的自動(dòng)目標(biāo)獲取和目標(biāo)跟蹤裝置相結(jié)合-用于多種測(cè)量任務(wù)，對(duì)于數(shù)據(jù)采集和純管理，如建筑管理中，都需要考慮。另外的測(cè)量機(jī)器是，例如掃描系統(tǒng)，其使用掃描方法以三維點(diǎn)陣來(lái)記錄表面的地形，或者是例如用于包括接觸或無(wú)接觸的高精度表面測(cè)量的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器的測(cè)量機(jī)器。在現(xiàn)有技術(shù)目前已知的解決方案中，用于這些目的的是壓電系統(tǒng)，其提供使元件樞轉(zhuǎn)或移位的驅(qū)動(dòng)裝置。這種微型馬達(dá)以具有接觸元件的空間作用壓電振動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)元件，該驅(qū)動(dòng)元件作用在適當(dāng)成型的運(yùn)轉(zhuǎn)面(running surface)或摩擦軌上，因而通過(guò)調(diào)節(jié)壓電振動(dòng)器和調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)面來(lái)允許得到優(yōu)化的移動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)置來(lái)得到空間振動(dòng)或振蕩移動(dòng)，并且通過(guò)合適的控制得到了接觸元件作用在運(yùn)轉(zhuǎn)面上的壓電材料的相互連接，從而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如橢圓移動(dòng)。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)面被設(shè)計(jì)成調(diào)節(jié)為對(duì)應(yīng)于地形測(cè)量機(jī)器的需求的形式時(shí)，以振動(dòng)形式工作的這種壓電系統(tǒng)可以作為用于多種移動(dòng)的微型馬達(dá)而用在測(cè)量機(jī)器中。通常，測(cè)量機(jī)器既需要高速的快速移動(dòng)模式，又需要采用低速的高精度定位模式。因此，例如W02006/008318公開了一種展現(xiàn)這種驅(qū)動(dòng)概念的地形測(cè)量機(jī)器。該測(cè)量機(jī)器具有用于定位測(cè)量機(jī)器的支架(holder)，以及具有用于測(cè)量對(duì)象的光束路徑的測(cè)量元件，該測(cè)量元件被支承在可相對(duì)于支架移動(dòng)的對(duì)準(zhǔn)元件中，并且能夠相對(duì)于對(duì)準(zhǔn)元件移動(dòng)。通過(guò)至少一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)改變光束路徑，所述至少一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)裝置作為具有被饋送的接觸元件的驅(qū)動(dòng)元件以及連接到將被調(diào)整的驅(qū)動(dòng)元件的運(yùn)轉(zhuǎn)面的組合。此時(shí)，接觸元件與運(yùn)轉(zhuǎn)面之間的相互作用產(chǎn)生了基本線性的移動(dòng)，由受壓而與運(yùn)轉(zhuǎn)面接觸的接觸元件產(chǎn)生饋送。這種耦合傳輸了一個(gè)向前的驅(qū)動(dòng)力，其允許由后沖自由移動(dòng)產(chǎn)生的直接定位。該線性饋送還可以通過(guò)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)面的適當(dāng)成型而轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。這種具有共振操作壓電超聲波馬達(dá)的線性或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置已經(jīng)是現(xiàn)有技術(shù)了，商業(yè)上可獲得共振頻率范圍為50-200kHz的驅(qū)動(dòng)裝置。然而，由于振蕩行為，在與相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)面幾何形狀結(jié)合時(shí)，可能產(chǎn)生問(wèn)題。此外，假設(shè)具有自由端的有限的運(yùn)轉(zhuǎn)面，其能夠以浮動(dòng)和減振的方式支承，沒(méi)有產(chǎn)生能夠影響馬達(dá)的駐波。這與具有環(huán)形運(yùn)轉(zhuǎn)面的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置， 或者具有固定端的振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)面幾何形狀的情況不同，有可能由不足或不存在的減振造成的缺陷影響而進(jìn)一步增加。在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的情況下，通常是一個(gè)由硬金屬制成的環(huán)，其作為運(yùn)轉(zhuǎn)面元件，結(jié)果是減少了磨損。然而，同時(shí)還需要產(chǎn)生高水平的摩擦力，從而得到一個(gè)好的饋送效果。此時(shí)的常用材料是具有硬層的金屬或陶瓷元件。元件的高精度移動(dòng)和對(duì)準(zhǔn)，需要相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)面正確定心，即典型的具有0. 01到0. 3mm之間的偏差，從而保證均勻的運(yùn)轉(zhuǎn)行為。此時(shí)的目標(biāo)是為環(huán)和環(huán)懸掛物不會(huì)隨著溫度而改變它們的特性，或者僅在特定范圍內(nèi)改變。在測(cè)地儀器中，目前有效的典型環(huán)境條件是操作溫度為-20到+60°C，存儲(chǔ)溫度為-40 到80°C，濕度為溫度范圍內(nèi)0-95%相對(duì)空氣濕度。高度要求尤其來(lái)自于陶瓷元件必須以一種穩(wěn)定的，精確的以及不隨時(shí)間和溫度條件改變的方式與懸掛相連接的事實(shí)。然而，由于兩個(gè)元件-懸掛物和環(huán)-具有不同的熱膨脹行為的事實(shí)，將會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。此外，陶瓷環(huán)僅有一個(gè)弱的、并且統(tǒng)計(jì)上強(qiáng)烈分散的抗拉強(qiáng)度，雖然它們相對(duì)于強(qiáng)度占有優(yōu)勢(shì)。而且，能量損耗和噪聲的產(chǎn)生和/或振動(dòng)，可以從壓電振動(dòng)器和運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的相互作用而產(chǎn)生，對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的幾何形狀有依賴性。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種改進(jìn)的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，特別用于例如側(cè)地儀器的高精度機(jī)器。進(jìn)一步的目的在于減少壓電驅(qū)動(dòng)裝置中的不氣溫的振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生。進(jìn)一步的目的在于在壓電驅(qū)動(dòng)裝置中增加能量，和/或減少能量損耗。這些目的通過(guò)權(quán)利要求1或從屬權(quán)利要求的主題和/或解決方案的改進(jìn)而獲得。本發(fā)明基于以下認(rèn)知，由于驅(qū)動(dòng)元件作為驅(qū)動(dòng)壓電振動(dòng)器和與之接觸的運(yùn)轉(zhuǎn)面之間相互作用的系統(tǒng)，問(wèn)題主要是受驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)態(tài)特性的影響而產(chǎn)生的。尤其是，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的固有振動(dòng)的激勵(lì)，導(dǎo)致了能量的損耗和噪聲的產(chǎn)生。這里所顯現(xiàn)出來(lái)的作為決定性的變化是運(yùn)轉(zhuǎn)面元件和相關(guān)的容器的幾何形狀，并且還有這兩部分的連接設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明，元件和它們的連接現(xiàn)在被設(shè)計(jì)成，在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件和相關(guān)容器中的潛在的干擾共振被設(shè)置在或置換為其位于壓電振動(dòng)器和/或壓電驅(qū)動(dòng)裝置的操作窗口的頻率之外。運(yùn)轉(zhuǎn)面元件固有共振的間隔被盡可能地相互遠(yuǎn)離地設(shè)置，并且處于最低可能的數(shù)量級(jí)。這里的目的是保證這些能夠適于所有的操作狀態(tài)并橫跨整個(gè)環(huán)境條件。上述的基礎(chǔ)是對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)面元件和相關(guān)的容器，通過(guò)機(jī)械解耦合和減振，對(duì)振動(dòng)行為施加優(yōu)化影響。為此，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件和容器優(yōu)選通過(guò)至少一個(gè)中間層連接，例如以接合層的形式，其具有解耦合和/或減振特性，具有彈性特征的接合連接的結(jié)構(gòu)，特別是，根據(jù)本發(fā)明而使用從而優(yōu)化驅(qū)動(dòng)行為。除了選擇合適的接合劑之外，接合間隙和運(yùn)轉(zhuǎn)面幾何形狀被特別調(diào)節(jié)為相互配合，并且如果合適，通過(guò)加入填充材料來(lái)優(yōu)化接合，從而使共振不落在操作窗口內(nèi)。為了使系統(tǒng)保持便于計(jì)算，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的固有頻率盡可能小地被接合影響，并且頻率盡可能少地被傳輸。這通過(guò)接合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，其盡可能地柔軟，例如Siore-A硬度大約為30。由于接合劑的強(qiáng)度影響接合后的運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的固有頻率，所以這些可以通過(guò)填充材料的混合物來(lái)適應(yīng)。此時(shí)，選擇接合間隙的厚度、接合間隙的寬度和數(shù)量和填充材料的類型，使得系統(tǒng)的固有頻率不與馬達(dá)的共振頻率重疊。此處，在接合操作中，系統(tǒng)元件可以精確地相互調(diào)整。除了被其固有頻率激勵(lì)之外，作為振動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件還會(huì)受到壓電馬達(dá)的影響。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的這些振幅變得過(guò)大時(shí)，將相當(dāng)大地降低馬達(dá)的效率，或者導(dǎo)致相當(dāng)大的噪聲。為了防止這些，環(huán)的振幅應(yīng)當(dāng)減小，并且可以通過(guò)在后部使用用于接合或定位的相同的柔軟接合劑來(lái)獲得。此外，它還顯現(xiàn)出額外的阻尼層或中間層的減振動(dòng)作，還增大了溫度范圍，位于其中的干擾和/或能量損耗被減少。此時(shí)，所需的減振和相關(guān)的固定特性依賴于馬達(dá)的傳輸能量-并不期望它減小-和系統(tǒng)元件的減振。下面僅以附圖中示意描述的示意性實(shí)施方式為例，更詳細(xì)地描述或解釋本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置。具體而言，

圖1是壓電微型馬達(dá)所提供的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的示意圖；圖比喻和示意性地表示了一個(gè)經(jīng)緯儀，作為本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第一實(shí)施例；圖3表示一個(gè)旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動(dòng)裝置的基本原理的示意圖；圖4表示現(xiàn)有技術(shù)的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第一實(shí)施方式的示意圖；圖5表示現(xiàn)有技術(shù)的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第二實(shí)施方式的示意圖；圖6表示本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的系統(tǒng)元件的示意圖；圖7表示本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置所基于的原理的示意圖；圖8表示用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第一實(shí)施方式的示意圖；圖9表示用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第二實(shí)施方式的示意圖；圖IOa-IOc表示用于線性移動(dòng)的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第三、第四和第五實(shí)施方式的示意圖；圖11表示用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的具有夾緊連接的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第六實(shí)施方式的示意圖；圖12表示用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的具有收縮連接(shrink-on connection)的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第七實(shí)施方式的示意圖。圖1示意性地表示一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其具有轉(zhuǎn)子1，轉(zhuǎn)子1被驅(qū)動(dòng)并且具有一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)面la，該運(yùn)轉(zhuǎn)面與傳輸移動(dòng)的壓電馬達(dá)2的接觸元件加接觸。當(dāng)一個(gè)元件獲得移動(dòng)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)面Ia將接觸元件加的移動(dòng)轉(zhuǎn)換為需要的移動(dòng)，在該例子中，是轉(zhuǎn)子1繞軸A的旋轉(zhuǎn)。在該情況下，通過(guò)產(chǎn)生接觸元件加的振蕩移動(dòng)的壓電馬達(dá)的壓電陶瓷元件的共振組合來(lái)產(chǎn)生移動(dòng)。該移動(dòng)通過(guò)摩擦轉(zhuǎn)移到運(yùn)轉(zhuǎn)面la，由此驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子1。此時(shí)通過(guò)單個(gè)壓電馬達(dá)2或多個(gè)這種驅(qū)動(dòng)元件，都可以使驅(qū)動(dòng)有效。圖1中表示了兩個(gè)壓電馬達(dá)2對(duì)稱作用設(shè)置，是純粹的示意形式。在該例子中，兩個(gè)壓電馬達(dá)2作為具有用作運(yùn)轉(zhuǎn)面Ia的圓形陶瓷表面的轉(zhuǎn)子1的循環(huán)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)舉例，所述元件的旋轉(zhuǎn)能夠?qū)е聹y(cè)量元件的光束路徑以能夠移動(dòng)和固定的方式來(lái)形成。圖2a_2b表示一個(gè)經(jīng)緯儀，象征性地和示意性地作為使用本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的例子。圖加中表示了整體的，地形測(cè)量結(jié)構(gòu)3具有對(duì)準(zhǔn)元件6和測(cè)量元件4。測(cè)量元件 4具有物鏡5，通過(guò)其定義到被測(cè)目標(biāo)的光束路徑。對(duì)準(zhǔn)元件6可以相對(duì)于支承件(這里沒(méi)有描述)而繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)將測(cè)量元件4安裝到對(duì)準(zhǔn)元件6中，測(cè)量元件4可以關(guān)于水平傾斜軸移動(dòng)。關(guān)于垂直和傾斜軸的移動(dòng)，允許獲得大的固定角度范圍，大的固定角度范圍允許對(duì)周圍空間的完全采用，給出了具有經(jīng)緯儀測(cè)量元件4的設(shè)計(jì)。圖2b是相同的測(cè)量機(jī)構(gòu)3的簡(jiǎn)化示意圖。具有物鏡5的測(cè)量元件4，通過(guò)一個(gè)軸支承，從而可以相對(duì)于對(duì)準(zhǔn)元件6旋轉(zhuǎn)。當(dāng)元件被驅(qū)動(dòng)時(shí)，軸包括具有彎曲運(yùn)轉(zhuǎn)面的轉(zhuǎn)子1， 其指定壓電馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)裝置，后者徑向地與運(yùn)轉(zhuǎn)面即外表面接觸，并且產(chǎn)生繞傾斜軸的旋轉(zhuǎn)。用于測(cè)量目標(biāo)的半徑的發(fā)散，可以通過(guò)物鏡5來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者還可以通過(guò)額外的光束路徑，該光束路徑與物鏡的光軸平行并且具有發(fā)射激光輻射的距離測(cè)量單元和指定的鏡子，從而通過(guò)移動(dòng)測(cè)量元件4來(lái)掃描環(huán)境。對(duì)準(zhǔn)元件6繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)作為對(duì)準(zhǔn)馬達(dá)的第二壓電馬達(dá)2來(lái)實(shí)現(xiàn)，其與設(shè)置在支承件7中的內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)面1’接觸，進(jìn)行同樣的軸向移動(dòng)或具有一個(gè)端面。該對(duì)準(zhǔn)馬達(dá)可以使對(duì)準(zhǔn)元件6相對(duì)于支承件7旋轉(zhuǎn)，該設(shè)置作為一種循環(huán)驅(qū)動(dòng)。由于兩個(gè)壓電馬達(dá)的合作，光束路徑可以關(guān)于兩個(gè)軸移動(dòng)和對(duì)準(zhǔn)，并且因此被修改。軸向接觸或端面接觸和/或相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)元件的對(duì)準(zhǔn)，在這里并不限制于所述軸，還可以應(yīng)用于各自其他的軸或多軸。旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動(dòng)裝置的基本原理在圖3中借助穿過(guò)轉(zhuǎn)子7的橫截面圖進(jìn)行了解釋。 在該例子中，轉(zhuǎn)子7由陶瓷整體形成，并且它的外表面與壓電馬達(dá)徑向接觸，從而在激勵(lì)后它將關(guān)于軸A旋轉(zhuǎn)。然而，從現(xiàn)有技術(shù)中還可以得到如圖4和5中所述的合成驅(qū)動(dòng)元件。這里，圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第一實(shí)施方式的示意圖，其具有作為運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOA接合到作為容器9A的支承轉(zhuǎn)子的周緣上的陶瓷環(huán)。此時(shí)，中間層被形成為在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOA和容器9A之間的粘合層11A，粘合層將導(dǎo)致固化狀態(tài)到固定的、非彈性的連接。這里，陶瓷環(huán)或由陶瓷環(huán)和容器9A組成的整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，其固有頻率被壓電馬達(dá)2激發(fā)，并且干擾壓電馬達(dá)2的共振頻率。當(dāng)兩個(gè)共振源施加負(fù)的相互影響時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)面IOA的固有共振對(duì)壓電馬達(dá)2產(chǎn)生的影響能夠?qū)е埋R達(dá)或它的激勵(lì)動(dòng)作完全失效。例如，當(dāng)懸掛振動(dòng)(pending vibrations)和振蕩激勵(lì)移動(dòng)表現(xiàn)為反相時(shí)就是這樣，即在接觸元件饋送移動(dòng)期間，陶瓷環(huán)IOA的表面在接觸點(diǎn)向內(nèi)彎曲，因而遠(yuǎn)離接觸元件從而減少或者完全抵消了摩擦鎖定(friction lock)。除了單純的激勵(lì)頻率外，如果給定足夠的減振，在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOA的驅(qū)動(dòng)元件2中或容器9A中還可以激發(fā)得到額外共振。這些頻率的不適宜重疊可能還會(huì)導(dǎo)致機(jī)械連接到運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOA的其他元件或其他元件在音頻下振動(dòng)，或依據(jù)頻率產(chǎn)生噪聲，從而對(duì)使用者和居住區(qū)域而言驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)法使用。一個(gè)復(fù)雜的因素是，環(huán)形系統(tǒng)的固有共振可以通過(guò)溫度而改變，其意味著噪聲的產(chǎn)生表現(xiàn)出了溫度依賴性。此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)存在以下缺點(diǎn)，即運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOA和容器9A的不同熱膨脹性能無(wú)法被粘合層IlA所補(bǔ)償，因?yàn)楹笳呤聦?shí)上不可壓縮，和在該層中巨大的壓縮力。由于這些壓電的溫度依賴性，振動(dòng)行為與溫度依賴性相似，結(jié)果表現(xiàn)為強(qiáng)烈的熱條件下共振位移。壓電驅(qū)動(dòng)裝置的進(jìn)一步的質(zhì)量特性是同步性，即同心度波動(dòng)的范圍。根據(jù)壓電馬達(dá)的設(shè)計(jì)，陶瓷環(huán)的同心度對(duì)于此是決定性條件。在裝配程序期間，陶瓷環(huán)的可調(diào)節(jié)性在此是有優(yōu)點(diǎn)的。圖5是另一個(gè)與運(yùn)轉(zhuǎn)面元件和容器連接的示意圖。這里，作為運(yùn)轉(zhuǎn)面元件10B，陶瓷環(huán)相對(duì)于容器9A被夾緊環(huán)9B’機(jī)械固定，從而平行粘合成為可能。關(guān)于溫度依賴性和/ 或熱膨脹，該設(shè)置與圖4中描述的例子有類似的缺點(diǎn)，并且沒(méi)有減振效果。圖6是本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的系統(tǒng)元件的示意圖。厚度為Ii1和寬度為Cl1的運(yùn)轉(zhuǎn)面元件10通過(guò)第一中間層(其設(shè)計(jì)成厚度為Ii2的接合層11)與容器9連接。此外，另一個(gè)中間層，其設(shè)計(jì)成厚度為113和寬度為(13的阻尼層12，可以在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件10和容器9中間被引入。在該設(shè)置中，接合層11和阻尼層12被設(shè)置在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件10的兩個(gè)不同的面上。然而，基本上，兩個(gè)層或中間層仍然還可以適合于其他的設(shè)置，例如設(shè)置在相同側(cè)邊上。此外，兩個(gè)層的功能可以集成到一個(gè)層中，例如，在接合層 11中混合填充材料，如，能夠同時(shí)起到間隔物和增加粘性的作用，并且對(duì)中間層產(chǎn)生指標(biāo)加強(qiáng)(targeted reinforcement)的作用。圖7是解釋本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置所基于的原理的示意圖。示出了壓電馬達(dá)的頻帶作為馬達(dá)操作窗口 FM，和運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的固有共振的兩個(gè)示意性的頻帶!^和 ^Β2。根據(jù)本發(fā)明，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件和容器被設(shè)定尺寸，并且相互連接，從而運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的固有共振位于馬達(dá)操作窗口之外，也即是說(shuō)與之沒(méi)有重疊。此外或另選地，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件和容器可以按照分散的連接點(diǎn)連接，它們的數(shù)量不等于在馬達(dá)操作窗口中的運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的彎曲模式的數(shù)量。這種通過(guò)分散的連接點(diǎn)的連接方式，可以不僅通過(guò)接合方式有效，還可以不需要接合，如夾緊連接。圖8是用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第一實(shí)施方式的示意圖。該壓電驅(qū)動(dòng)裝置具有至少一個(gè)具有饋送元件2Α的壓電馬達(dá)元件2，用于與饋送元件2Α接觸的運(yùn)轉(zhuǎn)面元件10C，和用于容納運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOC的容器9C，用于連接到被驅(qū)動(dòng)的元件。運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOC設(shè)計(jì)成具有彎曲運(yùn)轉(zhuǎn)面的陶瓷環(huán)，尤其是由Al2O3制成，以及一個(gè)接合層IlC和用于減少運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOC振動(dòng)的阻尼層12C，其設(shè)置在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件和容器之間，陶瓷環(huán)在它的端面與容器9C接合，阻尼層12C設(shè)置在陶瓷環(huán)的內(nèi)部。這樣具有陶瓷環(huán)浮在組件上部的接合層之上的優(yōu)點(diǎn)，并因而易于調(diào)節(jié)同軸度。壓電馬達(dá)元件具有一個(gè)馬達(dá)操作窗口，依賴于溫度和驅(qū)動(dòng)裝置，由于饋送元件的移動(dòng)的頻率范圍，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOC和容器9C的被設(shè)定尺寸并且相互連接，從而便于習(xí)慣的操作溫度，如在-40°攝氏度和+50°攝氏度之間，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOC的固有共振位于馬達(dá)操作窗口之外。接合層IlC和/或阻尼層12C應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)為粘彈性的構(gòu)成形式，并且S1OreA硬度在25和35之間，特別是30。部分結(jié)晶聚合物，如聚芳酰胺樹脂，特別是帶纖維增強(qiáng)，二元多硫化物或環(huán)氧樹脂可以用作合適的減振手段或接合層。此時(shí)，兩層都可以有填充材料，特別是礦物顆粒、玻璃、塑料和/或陶瓷珠。依賴于尺寸和材料，這些填充材料可以增加內(nèi)部摩擦并因此增大消散。為了用于測(cè)地裝置中，陶瓷環(huán)可以具有40到150mm之間的直徑，以及1. 5到IOmm 之間的運(yùn)轉(zhuǎn)層寬度、0. 05到0. 2mm之間的接合層厚度，在IkHz到15kHz之間，特別是6到 8kHz之間的音頻范圍內(nèi)避免了固有模式。用于減少或避免共振效果的進(jìn)一步的本發(fā)明的可能性，在于將運(yùn)轉(zhuǎn)面元件設(shè)計(jì)為非對(duì)稱元件或非對(duì)稱環(huán)或具有多個(gè)部分，也即是說(shuō)中斷運(yùn)轉(zhuǎn)面。圖9是用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第二實(shí)施方式的示意圖。具有作為運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOD的陶瓷環(huán)和容器9D的設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)于圖8中所述的第一實(shí)施方式。然而， 沒(méi)有設(shè)計(jì)使用單獨(dú)的和不同的層用于接合和減振。這兩個(gè)效果現(xiàn)在通過(guò)一個(gè)作為接合層 13D的單獨(dú)的中間層來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外，還包括阻尼層的某些可以通過(guò)例如使用填充材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的特性。在該實(shí)施例中，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOD和容器9D之間的接合接觸不僅在一個(gè)端面，而且在陶瓷環(huán)的側(cè)段上都實(shí)現(xiàn)。用于產(chǎn)生線性移動(dòng)或軸向接觸的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)置例如如圖2b中借助于本發(fā)明的第三、第四和第五實(shí)施方式在圖IOa-IOc中解釋。圖IOa表示拉長(zhǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)面元件10E，其窄邊通過(guò)接合層IlE與設(shè)計(jì)為有角的容器 9E的分支連接。具有粘性的阻尼層13E設(shè)置在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件的寬面上，從而導(dǎo)致還與容器在其側(cè)面連接。由于有角的設(shè)計(jì)和阻尼層13E的類似的固定作用，運(yùn)轉(zhuǎn)面IOE可以以在兩個(gè)軸方向上對(duì)準(zhǔn)和設(shè)定的形式被固定。在圖IOB中描述的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第四實(shí)施方式的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件 IOF和容器9F通過(guò)接合層11F，以其間引入了阻尼層13F的兩條帶的形式而連接。如果作為阻尼層13F的中間層在接合狀態(tài)下被設(shè)計(jì)成厚度超過(guò)接合層IlF的厚度的層，則阻尼層 13F還有可能預(yù)壓縮和/或預(yù)加壓。類似于圖9的第二實(shí)施方式，并且具有均勻?qū)拥姆椒ㄈ鐖DIOc所示，其為線性移動(dòng)情況下的第五實(shí)施方式。這里，同樣地，接合和減振功能被集成到一個(gè)均勻接合層13G中， 其以全部區(qū)域接觸的方式設(shè)置在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOG和容器9G之間。因而設(shè)計(jì)結(jié)果是簡(jiǎn)單的
夾層狀態(tài)。圖11是用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第六實(shí)施方式的示意圖，其具有夾緊連接，上半部分所示為對(duì)應(yīng)的平面圖，下半部分所示為沿著線CC的截面圖。這里，同樣地，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOH為環(huán)形設(shè)計(jì)，它與容器9H的連接是通過(guò)軸向的夾緊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了該目的，夾緊元件14用作支承件，其夾著作為中間層的軟彈性層對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOH施壓，依次安裝到容器9H上。此外，另一個(gè)中間層設(shè)置為容器9H與運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOH之間的阻尼層 12H。通過(guò)示例，塑料或金屬可以用作夾緊元件14的材料，抗蠕變彈性效果對(duì)于產(chǎn)生彈性支承是有益的。即使預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)期望溫度和濕度范圍的工作條件下，夾緊元件14產(chǎn)生的接觸壓力在這里仍能保持足夠的常量。此外，在組裝過(guò)程中，夾緊元件14在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件IOH上施加了一個(gè)向心效果。為了抑制或阻止共振效應(yīng)的出現(xiàn)，在該例子中，夾緊元件14被設(shè)計(jì)成非對(duì)稱幾何形狀并且具有離散的數(shù)個(gè)接觸面。圖12是用于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的本發(fā)明的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的第七實(shí)施方式的示意圖，在該情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)面元件101為環(huán)形設(shè)計(jì)，例如為陶瓷環(huán)，并且通過(guò)在徑向上作用的收縮連接 (shrink-on connection)與容器91連接。為了該目的，在運(yùn)轉(zhuǎn)面元件101和容器91之間引入中間層作為阻尼層121，例如通過(guò)在容器91收縮配合(shurnk fit)之前進(jìn)行擠壓或硫化而成。在該情況下，中間層至少為幾微米厚，并且由抗蠕變材料制成，如塑料或人造橡膠。 容器91和阻尼層121的相互影響還允許在陶瓷環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)面元件不圓的情況下能彈性吸收和補(bǔ)償。收縮配合過(guò)程包括加熱容器91隨后插入運(yùn)轉(zhuǎn)面元件101并冷卻。容器91的基本材料應(yīng)當(dāng)具有與陶瓷環(huán)接近的膨脹系數(shù)。在該實(shí)施方式的情況下，容器91可以設(shè)計(jì)成所述的圓盤形，從而是對(duì)稱的，也可以設(shè)計(jì)成替代的與圖11類似的方式，具有非對(duì)稱幾何形狀。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，根據(jù)應(yīng)用和移動(dòng)的效果，多個(gè)元件可以具有不同的幾何形狀，因此也具有偏離的連接特性。此外，除了硬金屬和陶瓷，還有可能在運(yùn)轉(zhuǎn)面使用其他適合于不同應(yīng)用領(lǐng)域的材料。粘性連接和阻尼層通常描述為連續(xù)的和平面的。 然而，根據(jù)本發(fā)明，也可以使用中斷連接，例如在層上單獨(dú)的網(wǎng)或產(chǎn)生剪切的形式，其不同于均勻的和連續(xù)的。
權(quán)利要求
1.一種壓電驅(qū)動(dòng)裝置，特別是用于地形或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器，該壓電驅(qū)動(dòng)裝置包括 至少一個(gè)具有饋送元件(2a)的壓電馬達(dá)元件(2)；運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)，其特別由陶瓷制成，用于與所述饋送元件(2a)產(chǎn)生接觸；以及所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)的容器，其用于連接至要被驅(qū)動(dòng)的元件； 所述壓電馬達(dá)元件(2)以馬達(dá)操作窗口(Fm)作為所述饋送元件(2a)的移動(dòng)的頻率范圍，該壓電驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)和所述容器(9，9C-I)被設(shè)定尺寸并且相互連接，從而所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)的固有共振(Fbi和Fb2)位于所述馬達(dá)操作窗口(Fm) 之外，特別是在-20°C到60°C的溫度范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(101)為環(huán)形設(shè)計(jì)，并且通過(guò)在徑向方向作用的收縮連接與所述容器 (91)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(IOH)為環(huán)形設(shè)計(jì)，并且夾在所述容器(9H)上，或者在徑向方向上與所述容器(9H)彈性?shī)A持。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于包括位于運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)和所述容器(9，9C-I)之間的至少一個(gè)中間層，所述中間層尤其表現(xiàn)出粘黏彈性形成特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述中間層具有20到50之間，尤其是30的Shore-A硬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4和5中任一項(xiàng)所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 所述中間層具有填充材料，特別是礦物顆粒、玻璃、塑料和/或陶瓷珠。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 所述中間層由以下材料形成2元多硫化物， 環(huán)氧樹脂，特別是具有纖維增強(qiáng)的例如由聚丙烯酰胺形成的部分結(jié)晶聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述中間層被設(shè)計(jì)為接合層(11，11C，11E-F，13D，13G)以連接所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1，， 10，10C-G)和所述容器(9，9C-G)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8中任一項(xiàng)所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述中間層被設(shè)計(jì)為位于所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)和所述容器(9，9C-I)之間的阻尼層(12，12C，12E-I)，從而所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)的振動(dòng)被抑制。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9中任一項(xiàng)所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-D，10H-I)具有彎曲的運(yùn)轉(zhuǎn)面，特別被設(shè)計(jì)成環(huán)形運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(l,lM0,10C-D)o
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-D)被設(shè)計(jì)成陶瓷環(huán)，尤其是由Al2O3制成，并且在所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-D)和所述容器(9，9C-D)之間，所述中間層被設(shè)置為阻尼層 (12，12C)，并且另一個(gè)中間層被設(shè)置為接合層(11，11C，13D)，所述陶瓷環(huán)的端面與所述容器(9，9C-D)接合，并且所述阻尼層(12，12C)設(shè)置在所述陶瓷環(huán)的內(nèi)部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述陶瓷環(huán)的直徑為40到150mm之間，運(yùn)轉(zhuǎn)層寬度在1. 5到IOmm之間，并且所述接合層(ILIIC, 13D)的厚度在0.05到0.3mm之間。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)和所述容器(9，9C-I)連接至離散的接觸點(diǎn)，所述接觸點(diǎn)的數(shù)量不等于所述馬達(dá)操作窗口(Fm)中的所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)的彎曲模式的數(shù)量。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1’，10，10C-I)被設(shè)計(jì)成非對(duì)稱環(huán)或具有多個(gè)部分、中斷的運(yùn)轉(zhuǎn)面，或被具有非對(duì)稱幾何形狀的支承件(14)或容器(9，9C-I)固定。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(1，1，，10，10C-I)在1到15kHz之間，特別是在6到SkHz之間的音頻范圍內(nèi)沒(méi)有固有共振(FbiJb2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電驅(qū)動(dòng)裝置，特別是用于地形或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器，該壓電驅(qū)動(dòng)裝置具有至少一個(gè)具有前進(jìn)元件的壓電馬達(dá)元件(2)；運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(10C)；以及所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(10C)的容器，其用于連接至要被驅(qū)動(dòng)的元件；其中，所述壓電馬達(dá)元件(2)以馬達(dá)操作窗口作為所述前進(jìn)元件的移動(dòng)的頻率范圍。所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(10C)和所述容器(9C)被設(shè)定尺寸并且相互連接，從而所述運(yùn)轉(zhuǎn)面元件(10C)的固有共振位于所述馬達(dá)操作窗口之外。
文檔編號(hào)G01C1/02GK102369613SQ201080014291
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者C·艾斯利, M·特倫, 海因茨·伯恩哈德 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司