專利名稱：具有提供有關(guān)轉(zhuǎn)子位置和/或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息裝置的壓電馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子兩部件的壓電馬達(dá)，至少所述部件的前者具有產(chǎn)生振動(dòng)波的裝置，該振動(dòng)波至少使前一部件有效區(qū)域的有效部分進(jìn)入周期運(yùn)動(dòng)，而且所述前一部件有效部分的這種周期運(yùn)動(dòng)至少作用在后一部件的無(wú)源部分，使這兩部件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
這種馬達(dá)是基于相互壓電效應(yīng)原理工作的。根據(jù)該原理，壓電勵(lì)磁機(jī)由交流電壓勵(lì)磁，并使定子以某一頻率，如超聲頻率進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)。通過(guò)適當(dāng)?shù)慕ㄖ胧?，定子的振?dòng)便于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于本領(lǐng)域馬達(dá)有異步性能，因而須設(shè)一個(gè)附加裝置以便確定轉(zhuǎn)子位置及其轉(zhuǎn)速。
文獻(xiàn)EP 505848公開了一種壓電馬達(dá)，其定子有固定連接的印刷電路板，該電路板具有離心式延伸觸頭。轉(zhuǎn)子裝有套管臂，通過(guò)該裝置，有關(guān)轉(zhuǎn)子位置和其轉(zhuǎn)速的信息可送至馬達(dá)外。
這種裝置的運(yùn)行經(jīng)歷表明，盡管其具備基本功能，但其機(jī)械摩擦降低了整個(gè)馬達(dá)的壽命且大量增加制造成本。而且，特別是對(duì)小電機(jī)，由于觸頭摩擦造成的工作效率降低和所需的附加空間影響很大。
光裝置也是公知的，通過(guò)光束確定轉(zhuǎn)子位置和/或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。
同樣，這種解決方法也使造價(jià)和馬達(dá)附加件以及相應(yīng)的制造成本大量增加。這種裝置也導(dǎo)致馬達(dá)尺寸增大，尤其是小馬達(dá)，而且由于產(chǎn)生光束需消耗附加能量引起工作效率降低。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種壓電馬達(dá)，它具有提供有關(guān)轉(zhuǎn)子位置和/或其轉(zhuǎn)速的可靠信息的裝置，通過(guò)避免大摩擦延長(zhǎng)使用壽命，不必增大馬達(dá)尺寸，只需較小附加能量消耗，并制造簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。
由權(quán)利要求1的特征確定實(shí)現(xiàn)該目的的發(fā)明方案。
利用本發(fā)明方案，通過(guò)馬達(dá)的電壓源接頭可直接并可靠地取得有關(guān)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的信息。為達(dá)到該目的，馬達(dá)不需任何附加部件，因而馬達(dá)壽命不會(huì)降低，且其大小保持不變。只需對(duì)轉(zhuǎn)子以及電壓源裝置作簡(jiǎn)單的微小變化。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，轉(zhuǎn)子可具有環(huán)形段槽部分，從局部考慮，其特征是聲阻抗值與固體材料部分不同。通過(guò)這種方法，在運(yùn)行期間電壓源至少有一個(gè)電氣變量變化，它是位置及轉(zhuǎn)速信息的攜帶者。所設(shè)槽不需任何附加制造成本，因?yàn)樗鼈兛稍谵D(zhuǎn)子注模的同時(shí)得到。
第一優(yōu)選電壓源和測(cè)量裝置根據(jù)電源電壓與電源電流間的恒定相位差-零較好-控制頻率，并將頻率的瞬時(shí)、非均勻周期性變化過(guò)程轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的位置變化。該電源和測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且只需微小的附加成本。
在第二優(yōu)選方案中，壓電馬達(dá)有一運(yùn)行頻率，由于槽，該頻率在運(yùn)行期間也有瞬時(shí)、非均勻周期性變化過(guò)程，由電源和測(cè)量裝置檢測(cè)并將其轉(zhuǎn)換為變化的轉(zhuǎn)子位置和/或轉(zhuǎn)速。該方案運(yùn)行效率高且成本非常低。
下面結(jié)合附圖，通過(guò)幾個(gè)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，其中

圖1所示為沿垂直旋轉(zhuǎn)軸方向剖開的有轉(zhuǎn)子的壓電馬達(dá)第一實(shí)施例，圖2a所示為沿圖2b的IIa-IIa線剖開的轉(zhuǎn)子第二實(shí)施例的頂視圖，圖2b所示為沿圖2a的IIb-IIb線剖開的轉(zhuǎn)子第二實(shí)施例橫截面圖，圖3所示為第一電源和測(cè)量裝置模塊圖。
圖1所示為壓電馬達(dá)10的第一實(shí)施例，該馬達(dá)下面不詳述。對(duì)于與本發(fā)明沒(méi)有直接關(guān)系的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，圖1和圖2所示的第一實(shí)施例標(biāo)記使用上述文獻(xiàn)EP 505848中的。這也用于定子。
壓電馬達(dá)10固定裝在圓形底盤11上。其中心裝有旋轉(zhuǎn)軸12，它在后面用作參考軸。
形成定子13的平板剛性固定于底盤11，并主要由諧振板14組成，諧振板14固定連接-如粘結(jié)-圓形壓電陶瓷勵(lì)磁機(jī)15，勵(lì)磁機(jī)15的電源接頭未示出。勵(lì)磁機(jī)15可用陶瓷材料制成。諧振板4包括一個(gè)被勵(lì)磁機(jī)15覆蓋的圓形區(qū)域16，并由此向外伸出三個(gè)諧振翼17a，17b，17c，從而給定子裝上螺旋槳。
這三個(gè)諧振翼17a-c的每一個(gè)上都有一個(gè)向外指的鑿子形狀的諧振齒18a，18b，18c，它幾何引為一線，其平行于旋轉(zhuǎn)軸12。但是，事實(shí)上，結(jié)果并不完全是一線，而是一個(gè)小區(qū)域。這種諧振齒18a-c每個(gè)都有所謂的突出部分19a，19b，19c，它形成相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸12的一段汽缸套。
對(duì)著這些突出部分19a-c的是一環(huán)形轉(zhuǎn)子20，它可動(dòng)地裝在底盤11上，并有一個(gè)形成后表面21的內(nèi)汽缸套。后表面21與外表面22一起確定其間的轉(zhuǎn)子厚度23，其中外表22與轉(zhuǎn)子后表面是同心的。
切割轉(zhuǎn)子20，形如環(huán)形段的三個(gè)相同槽24a，24b，24c被三個(gè)相同的固體材料區(qū)域25a，25b，25c相互隔開。下面將槽24b和固體材料區(qū)域25b作為所有三個(gè)槽24a-c和所有三個(gè)固體材料區(qū)域25a-c的代表進(jìn)行說(shuō)明，其中說(shuō)明是相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸12的。
槽24b將轉(zhuǎn)子20分為薄的內(nèi)轉(zhuǎn)子部分26b和外轉(zhuǎn)子部分27b。沿徑向測(cè)出槽24b的厚度28b，內(nèi)轉(zhuǎn)子部分26b的厚度29b。槽24b沿角30b延伸，而固體材料區(qū)域25b沿角31b延伸，兩個(gè)角均為60°。
圖1所示本發(fā)明壓電馬達(dá)10的壓電陶瓷勵(lì)磁機(jī)15的電源是，如200KHz的正弦電壓，該馬達(dá)的功能如下。
由壓電陶瓷勵(lì)磁機(jī)15將超聲振動(dòng)徑向向外傳入諧振翼17a-c，造成三個(gè)諧振齒18a-c和其突出部份19a-c在垂直于旋轉(zhuǎn)軸12的平面內(nèi)周期性地、近乎橢圓地運(yùn)動(dòng)。由于該運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子20被顛簸驅(qū)動(dòng)。為了更詳細(xì)說(shuō)明圖1所示壓電馬達(dá)10的驅(qū)動(dòng)原理，盡管諧振翼數(shù)目不同，仍使用與上述文獻(xiàn)EP 505848相同的標(biāo)記。但是，設(shè)三個(gè)諧振翼，其驅(qū)動(dòng)效果截然不同。
對(duì)應(yīng)諧振齒18a-c的諧振翼17a-c與其突出部分19a-c一起振動(dòng)，其方式?jīng)Q定于結(jié)構(gòu)，即作為負(fù)載的相鄰轉(zhuǎn)子20的結(jié)構(gòu)方式。通過(guò)一個(gè)物理變量-聲阻抗，可整體地或局部-如轉(zhuǎn)子20部分-地說(shuō)明馬達(dá)10的振動(dòng)特性。
對(duì)應(yīng)某一頻率，只考慮一個(gè)聲阻抗性，或考慮作為一定帶寬頻率的函數(shù)的聲阻抗變化量。在本說(shuō)明書全文和權(quán)利要求書中，聲阻抗頻譜的定義用于作為頻率函數(shù)的聲阻抗變化量。
該定義特別涉及聲阻抗頻率圖而非聲阻抗時(shí)序圖。而且，當(dāng)某一頻率對(duì)應(yīng)至少一個(gè)相互不同的阻抗值時(shí)，出現(xiàn)兩個(gè)分離的不同聲阻抗頻譜的問(wèn)題。對(duì)這種情況，聲阻抗頻譜圖是否在所考慮的帶寬內(nèi)連續(xù)變化，或出現(xiàn)間斷或只有幾個(gè)離散點(diǎn)都無(wú)關(guān)緊要。
由于壓電馬達(dá)10是帶電的，從電壓源這一點(diǎn)看，馬達(dá)就像一個(gè)反映其負(fù)載特性的電阻抗。這樣，對(duì)某一頻率只需考慮單一的電阻抗值，而可考慮作為一定帶寬內(nèi)頻率的函數(shù)的電阻抗變化量。在說(shuō)明書全文以及權(quán)利要求書中，類似上述聲阻抗頻譜的情況，電阻抗頻譜的定義用于作為頻率函數(shù)的電阻抗變化量，下面的電阻抗是指從電壓源處考慮。
聲阻抗與電阻抗之間關(guān)系密切。聲阻抗頻譜的變化影響電阻抗頻譜。但是這種關(guān)聯(lián)關(guān)系對(duì)本發(fā)明并不重要。該發(fā)明方案是基于聲阻抗頻譜以一種等效方式轉(zhuǎn)換為通過(guò)未示出的馬達(dá)接頭測(cè)量的電阻抗頻譜。
但是，在這種情況下，只有轉(zhuǎn)子20與突出部分19a-c直接相鄰的局部區(qū)域，即只有在突出部分19a-c的附近且直接由其勵(lì)磁的轉(zhuǎn)子20的部分區(qū)域影響聲阻抗頻譜。轉(zhuǎn)子20設(shè)有幾個(gè)連續(xù)部分，局部考慮時(shí)其特征在于具有不同的聲阻抗頻譜，所以整個(gè)馬達(dá)10的電阻抗頻譜隨定子13和轉(zhuǎn)子20之間的相對(duì)位置而變化?？墒?，文獻(xiàn)EP 505848中的轉(zhuǎn)子是完全軸對(duì)稱的，因而其電阻抗頻譜不隨轉(zhuǎn)子位置而變化。通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)量裝置可確定電阻抗頻譜對(duì)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子20的變化，該測(cè)量裝置也連至馬達(dá)10并表示出轉(zhuǎn)子位置和/或其轉(zhuǎn)速。后面說(shuō)明幾種可行的連接和測(cè)量裝置。
振動(dòng)元件的聲阻抗頻譜主要決定于其慣性、彈性和內(nèi)摩擦力。通過(guò)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造方式，這三個(gè)值可沿轉(zhuǎn)子后表面21明顯變化。但是，內(nèi)摩擦損耗要保持盡可能小，使工作效率不降低。所以，只考慮沿轉(zhuǎn)子內(nèi)表面21的慣性和彈性變化量。按圖1，轉(zhuǎn)子20中的槽24a-c產(chǎn)生薄的內(nèi)轉(zhuǎn)子部分26a-c，26a-c具有較小厚度29a-c，它不如固體材料部分25a-c剛性好。這些不同特點(diǎn)造成不同的電阻抗頻譜。外部區(qū)域27a-c為使轉(zhuǎn)子20足夠穩(wěn)定而設(shè)，使之不降低所希望的內(nèi)部分26a-c的特定振動(dòng)特性，該特性與固體材料部分25a-c的特性明顯不同。
由于槽24a-c和固體材料部分25a-c分別沿60°的角30a-c和31a-c延伸，所以，或所有三個(gè)槽24a-c，或所有三個(gè)固體材料部分25a-c直接鄰近三個(gè)突出部分19a-c。所以，三個(gè)突出部分19a-c處于相同的運(yùn)行狀態(tài)，其各自作用的疊加產(chǎn)生一個(gè)放大的總作用，即運(yùn)行期間電阻抗值、電阻抗頻譜分別對(duì)運(yùn)行頻率的明顯變化。在上述情況下，分辨率是一比三，即對(duì)轉(zhuǎn)子20轉(zhuǎn)一圈，交替產(chǎn)生三次第一或三次第二電阻抗頻譜。換句話說(shuō)，在其運(yùn)行頻率下，電阻抗達(dá)到三次最大值和三次最小值。所以，通過(guò)連續(xù)計(jì)算這些極值，可知轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或從初始位置起動(dòng)、轉(zhuǎn)子位置。所述一比三分辨率滿足大多數(shù)應(yīng)用。
外轉(zhuǎn)子部分27a-c給轉(zhuǎn)子20提供足夠的穩(wěn)定性，它相當(dāng)于沒(méi)有槽24a-c時(shí)轉(zhuǎn)子所應(yīng)有的穩(wěn)定性。
當(dāng)然，也可用電導(dǎo)納頻譜代替電阻抗頻譜，前者是對(duì)應(yīng)于后者的倒數(shù)。沿電阻抗頻譜的頻率刻度可找到幾個(gè)局部最小值，稱之為模式。對(duì)每一種模式，諧振板14產(chǎn)生一種特定變形。對(duì)一種特定模式，可產(chǎn)生一種很明顯的變形，但它只在徑向或軸向作用，即突出部分19a-c只在徑向振動(dòng)，這意味著未驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子20。選擇適當(dāng)模式主要決定于最大可能驅(qū)動(dòng)作用，即轉(zhuǎn)子20的最大可能轉(zhuǎn)速。所選模式下面稱作基模式。當(dāng)電源電壓增大且其溫度也增高時(shí)，該基模式只略微減少幾KHz。而且，大氣壓力對(duì)基模式的影響也很小。
為了取得較高運(yùn)行效率，以使基模式附近的頻率刻度不含任何別的局部阻抗最小值的方法選擇諧振板14的形狀十分重要。只應(yīng)選擇具有最大驅(qū)動(dòng)作用的諧振。所有其它模式，包括相對(duì)三個(gè)諧振翼17a-c不對(duì)稱的，在使用脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，都將引起損耗增大，該損耗可能是對(duì)應(yīng)較高頻率極大模式的。而且，勵(lì)磁機(jī)15和諧振板14在預(yù)定頻率處的聲阻抗優(yōu)選類似值對(duì)總的運(yùn)行效率有積極影響。所有上述要求可通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中的定子13，特別是諧振板14以及轉(zhuǎn)子20滿足。
通常，所有模式不僅具有局部阻抗最小的特點(diǎn)，而且具有零相位交叉的特點(diǎn)。為了取得最大可能運(yùn)行效率，由勵(lì)磁機(jī)15的靜態(tài)電容引起小的相位移動(dòng)可通過(guò)一個(gè)附加感性并聯(lián)電路校正。
還有使轉(zhuǎn)子20反向旋轉(zhuǎn)的模式。所以，通過(guò)分別改變所供電壓、導(dǎo)引信號(hào)49的頻率，可改變馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向。這樣，滿足了雙向馬達(dá)的要求。
圖1所示的壓電馬達(dá)10的轉(zhuǎn)子20可用圖2a和2b所示的第二實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子20′代替。下面，說(shuō)明轉(zhuǎn)子20′與轉(zhuǎn)子20的區(qū)別。
轉(zhuǎn)子20′厚23′，且有一轉(zhuǎn)子后表面21′，轉(zhuǎn)子20′只含一個(gè)槽24′且相應(yīng)地只有一個(gè)固體材料部分25′。從圖2b可看出，槽24′沿?cái)?shù)字31′所標(biāo)的20°角切割轉(zhuǎn)子20′，并在此將轉(zhuǎn)子20′分為內(nèi)轉(zhuǎn)子部分26′和外轉(zhuǎn)子2部分27′。沿槽24′在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)上延伸的轉(zhuǎn)子部分26′厚29′，沿徑向測(cè)量，它明顯小于第一實(shí)施例中的厚度29a-c。固體材料部分25′沿340°的角31′延伸。
具有如圖2a和2b所示轉(zhuǎn)子20′的壓電馬達(dá)10的功能與圖1所示馬達(dá)功能區(qū)別如下。
由于轉(zhuǎn)子20′只有一個(gè)槽24′，因此只有一個(gè)突出部分19c位子槽24′附近。該槽24′對(duì)聲阻抗頻譜以及電阻抗頻譜的作用小于圖1的壓電馬達(dá)10，因?yàn)閳D1中所有三個(gè)突出部分19a-c始終在同樣的條件下振動(dòng)。但是，在圖2的情形下，由于內(nèi)轉(zhuǎn)子部分26′的較薄部分，即校小厚度29′，該單一槽24′的作用增大。在這種情況下，槽24′可為較小結(jié)構(gòu)，即角30′可僅為20°，角30′對(duì)應(yīng)圖1中的角30a-c。結(jié)果得到兩個(gè)差別很大的電阻抗。通過(guò)使用轉(zhuǎn)子20′或類似轉(zhuǎn)子，電阻抗頻譜將以某種方式變化，使阻抗最小值和頻率刻度上的相位過(guò)零點(diǎn)出現(xiàn)在以百分之一比例變化的某一運(yùn)行頻率處，這是完全可測(cè)到的。
圖3所示為通過(guò)閉環(huán)控制用于所發(fā)明馬達(dá)的第一電源和測(cè)量裝置模塊圖，其中只示出馬達(dá)電流環(huán)作為電連接環(huán)。通過(guò)以40標(biāo)記的電壓控制器實(shí)現(xiàn)某種控制器，如電壓控制振蕩器(VCO)，其輸出側(cè)接至壓電馬達(dá)10。與此串聯(lián)連接的是電流測(cè)量單元41而并聯(lián)連接的是電壓測(cè)量單元42。單元41和單元42分別發(fā)出測(cè)量信號(hào)43和44至相位測(cè)量單元45。在該相位測(cè)量單元45的輸出側(cè)，反饋信號(hào)46通過(guò)放大器47送至比較器48。比較器48還有一個(gè)輸入信號(hào)，它是超前信號(hào)49。在比較器48的輸出側(cè)，確定控制偏差信號(hào)50，送到控制器40的輸入端。
這種電壓和測(cè)量裝置控制交流電壓的頻率使電壓和電流始終同相。VCO控制器40接收來(lái)自比較器48的超前信號(hào)49，作為具有某一峰值電平的直流信號(hào)，且在控制器40的輸出側(cè)將已定頻率的正弦交流電壓送至壓電馬達(dá)10。此處，電流測(cè)量單元41測(cè)量電流瞬時(shí)值而電壓測(cè)量單元42測(cè)量電壓瞬時(shí)值。兩個(gè)單元分別將成比例的測(cè)量信號(hào)43和44送至測(cè)量單元45，測(cè)量單元45確定兩信號(hào)間的相位差異并將相應(yīng)的反饋信號(hào)46通過(guò)放大器47送至比較器48。比較器48將放大的反饋信號(hào)46與原超前信號(hào)49比較并產(chǎn)生用于VCO控制器40的控制偏差信號(hào)50。
以這種方式，在運(yùn)行期間通過(guò)電壓和電流間的相位差校正連至馬達(dá)10的電源電壓的頻率，即正弦電壓源的頻率在馬達(dá)10運(yùn)行期間周期地變化。換句話說(shuō)，根據(jù)槽24a-c，槽24′分別對(duì)局部阻抗最小值、相位過(guò)零點(diǎn)頻率的作用，只要運(yùn)行頻率始終沿頻率刻度跟蹤基模式的周期性偏差，就能維持最佳運(yùn)行點(diǎn)。槽24a-c，24′分別使頻率在馬達(dá)10運(yùn)行期間周期性變化，由此可確定轉(zhuǎn)子位置和/或其轉(zhuǎn)速，這種周期性變化可用以下三種方法檢測(cè)。
在比較器中，將直流電壓信號(hào)50與所供基準(zhǔn)直流電壓信號(hào)相比。兩個(gè)電壓信號(hào)之差確定電源電壓頻率相對(duì)基準(zhǔn)頻率的偏差。
第二種是提供一種時(shí)間測(cè)量裝置，測(cè)量交流電源電壓過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間差，由此決定瞬時(shí)頻率。
第三種可行方法是計(jì)算某一時(shí)間段內(nèi)的過(guò)零點(diǎn)數(shù)目。當(dāng)加入一個(gè)石英時(shí)鐘時(shí)，這種變化較佳，因?yàn)榇藭r(shí)32KHz的石英頻率可以一種簡(jiǎn)單的方式得到一個(gè)幾毫秒的時(shí)間段。相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且耐用。
下面，沒(méi)有數(shù)字標(biāo)記，通過(guò)例子說(shuō)明另兩種電壓源和測(cè)量裝置，它也用于本領(lǐng)域的壓電馬達(dá)，由電阻抗頻譜分別確定轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速。
第二種電壓源和測(cè)量裝置對(duì)應(yīng)于開環(huán)控制系統(tǒng)。它向馬達(dá)10提供固定頻率的交流電壓并測(cè)量由轉(zhuǎn)子20，20′的聲阻抗變化引起的電流波動(dòng)。該方案尤其適于帶恒定負(fù)載的情況。從原理上說(shuō)，給馬達(dá)提供穩(wěn)定交流電流并記錄電壓波動(dòng)也是可行的。
第三種電壓源和測(cè)量裝置提供一個(gè)具有頻率確定部件的交流電壓源。由于這種交流電壓的頻率隨馬達(dá)基模式的周期性變化而波動(dòng)，所以電流與電壓間的相位差保持恒定。上述三種可行方案均可用于測(cè)量頻率。
利用本發(fā)明方案，通過(guò)所接電壓由一簡(jiǎn)單測(cè)量裝置可得有關(guān)轉(zhuǎn)子位置，特別是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的情況。本發(fā)明使用壽命長(zhǎng)，所含部件少且簡(jiǎn)單，不需增設(shè)馬達(dá)空間。馬達(dá)外的電壓源和測(cè)量裝置不需任何明顯能量消耗，因而幾乎不影響馬達(dá)效率，且制造容易，成本低。
也可用一些鉆孔代替槽24a-c，24′。形狀大小主要由局部聲阻抗頻譜所發(fā)生的變化決定。一般，變化越明顯，內(nèi)轉(zhuǎn)子部分26a-c，26′越薄，且槽24a-c，24′延伸越大，即厚度29a-c，29′越小，且角30a-c，30′越大。在槽24a-c，24′的角30a-c，30′明顯大于固體材料部分25a-c，25′的角31a-c，31′的情況下，后者對(duì)電阻抗頻譜的影響將減小。在圖1所示的方案中，槽24a-c，24′以及固體材料部分25a-c，25′最好沿相同的60°角延伸。
在所示兩個(gè)例子中，有關(guān)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速的信息只由兩個(gè)不同的聲，電阻抗頻譜決定，因?yàn)橥怀霾糠?9a-c或在槽24a-c，24′附近，或在固體材料部分25a-c，25′附近，所以，可提供與圖1中的轉(zhuǎn)子20槽數(shù)相同的轉(zhuǎn)子，但槽卻以另一種方式分布。所有的槽以及其間三個(gè)固體材料部分中的兩個(gè)都沿約50°角延伸。第三個(gè)固體材料部分卻以110°角延伸。由于轉(zhuǎn)子的這種分布，諧振齒一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)入槽的作用區(qū)間。第一個(gè)進(jìn)入某槽作用區(qū)間的諧振齒也第一個(gè)離開該區(qū)間。這樣，產(chǎn)生電阻抗頻譜的分段作用，逐步經(jīng)歷下述狀態(tài)無(wú)諧振齒在槽附近，只有第一個(gè)，第一個(gè)和第二個(gè)，所有三個(gè)，第二個(gè)和第三個(gè)，只有第三個(gè)，然后又沒(méi)有。
在一次旋轉(zhuǎn)內(nèi)這七個(gè)狀態(tài)順序發(fā)生三次。這樣增加分辨率。與圖1的1∶3相比，此時(shí)是1∶21。由于轉(zhuǎn)子的這種布置，即由于槽間和固體材料部分間的角度關(guān)系，槽和固體材料部分對(duì)電阻抗頻譜具有同樣的作用。由于第三個(gè)固體材料部分對(duì)電阻抗頻譜作用較長(zhǎng)，形成特例。
為了增加分辨率，可在轉(zhuǎn)子上設(shè)多個(gè)槽或孔，如12個(gè)槽和12個(gè)固體材料部分，每個(gè)沿15°延伸。
從原理上說(shuō)，外轉(zhuǎn)子部分27a-c，27′可省略，將槽24a-c，24′開在外側(cè)，從而形成溝。
為了提高穩(wěn)定性，槽或溝可部分或全部由不同材料構(gòu)成。這種材料必須具有明顯不同于轉(zhuǎn)子20，20′的振動(dòng)特性。
所有上述方案中，轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速都是通過(guò)壓電勵(lì)磁機(jī)15的電源接頭確定的。但是，也可在轉(zhuǎn)子20，20′上設(shè)一附加探頭，它在運(yùn)行期間連續(xù)記錄轉(zhuǎn)子20，20′的振動(dòng)特性并將其變換為相當(dāng)?shù)淖兓慕涣麟妷盒盘?hào)，由一響應(yīng)電路將該信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子位置變化。
該發(fā)明方案還可確定線性馬達(dá)的轉(zhuǎn)子速度。
由于上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明馬達(dá)可用于手表。通過(guò)一個(gè)與凸起相連的適當(dāng)電路裝置可容易地調(diào)整裝有這種馬達(dá)的手表的時(shí)間。
權(quán)利要求
1.壓電馬達(dá)(10)具有兩個(gè)形成定子(13)和轉(zhuǎn)子(20；20′)的部件(13，20，20′)，至少這些部件的第一個(gè)(13)具有產(chǎn)生振動(dòng)波的裝置(15)，該波至少將第一部件(13)的有效區(qū)域(18a-c)的有效部分(19a-c)帶入周期性運(yùn)動(dòng)且第一部件(13)的有效部分(19a-c)的周期性運(yùn)動(dòng)至少作用在第二部件(20)的無(wú)源部分(21；21′)，使這兩個(gè)部件(13，20；20′)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其特征在于所述第二部分(20；20′)有幾個(gè)基本上沿?zé)o源部分(21；21′)分布的環(huán)段(24a-c，25a-c，26a-c；27a-c；24′，25′，26′，27′)，其中，至少第一環(huán)段(24a-c，26a-c，27a-c；24′，26′，27′)具有第一聲阻抗頻譜而至少第二環(huán)段(25a-c；25′)具有與第一聲阻抗頻譜不同的第二聲阻抗頻譜。
2.如權(quán)利要求1的壓電馬達(dá)，其特征在于第一環(huán)段(24a-c，26a-c，27a-c；24′，26′，27′)與第二環(huán)段(25a-c；25′)或彈性不同，或慣性不同，或兩者都不同。
3.如權(quán)利要求2的壓電馬達(dá)，其特征在于第一環(huán)段(26a-c；26′)與第二環(huán)段(25a-c；25′)各有一壁厚(23a-c，29a-c；23′，29′)，它們相互不同。
4.如權(quán)利要求3的壓電馬達(dá)，其特征在于第一環(huán)段(26a-c；26′)鄰接開口處(24a-c；24′)。
5.如權(quán)利要求4的壓電馬達(dá)，其特征在于開口處(24a-c，24′)是槽形(24a-c；24′)，該槽切割第二部件(20；20′)并以基本恒定的距離沿?zé)o源部分(21；21′)延伸。
6.如上述任一權(quán)利要求的壓電馬達(dá)，其特征在于第一環(huán)段(24a-c，26a-c，27a-c；24′，26′，27′)沿第一角度(30a-c；30′)延伸而第二環(huán)段(25a-c；25′)沿第二角度(31a-c，31′)延伸，這些角(30a-c，31a-c；30′，31′)基本相似。
7.如上述任一權(quán)利要求的壓電馬達(dá)，其特征在于至少一個(gè)物理變量表示第一與第二聲阻抗頻譜之間的差別，且可在馬達(dá)外確定它。
8.如權(quán)利要求7的壓電馬達(dá)，其特征在于該物理變量是一個(gè)電變量。
9.如權(quán)利要求8的壓電馬達(dá)，其特征在于該電變量可通過(guò)電接頭在馬達(dá)外確定，該電接頭與所述用于產(chǎn)生超聲頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)的裝置(15)的電壓源所用電接頭相同。
10.如權(quán)利要求9的壓電馬達(dá)，其特征在于在其運(yùn)行狀態(tài)下，構(gòu)成一個(gè)開環(huán)電路的電源和測(cè)量裝置在某一固定頻率下通過(guò)所述電接頭確定作為電變量的電壓或電流，并將其非均勻周期性變化轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ?13)與轉(zhuǎn)子(20；20′)之間的變化的相對(duì)位置。
11.如權(quán)利要求9的壓電馬達(dá)，其特征在于在其運(yùn)行狀態(tài)下，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)電路的電源和測(cè)量裝置根據(jù)恒定的-最好是零-電壓與電流間的相位偏移控制頻率，相位偏移通過(guò)所述電接頭確定并將頻率的非均勻周期性變化轉(zhuǎn)換為定子(13)與轉(zhuǎn)子(20；20′)間的變化的相對(duì)位置。
12.如權(quán)利要求9的壓電馬達(dá)，其特征在于在其運(yùn)行狀態(tài)下，帶有用于產(chǎn)生超聲頻率范圍內(nèi)振動(dòng)的裝置(15)的馬達(dá)提供運(yùn)行頻率，而電源和測(cè)量裝置將運(yùn)行頻率的非均勻周期性變化轉(zhuǎn)換為定子(13)與轉(zhuǎn)子(20；20′)之間的相對(duì)位置的變化。
全文摘要
沿環(huán)形轉(zhuǎn)子(20)內(nèi)轉(zhuǎn)子后表面(21)連續(xù)設(shè)區(qū)域(26a-c)和區(qū)域(25a-c)，區(qū)域(26a-c)壁厚(29)小，而區(qū)域(25a-c)壁厚大，其對(duì)應(yīng)的聲阻抗頻譜不同。在運(yùn)行狀態(tài)下，即當(dāng)轉(zhuǎn)子(20)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述區(qū)域(24a-c；25a-c)由定子(13)的壓電勵(lì)磁機(jī)(15)交替勵(lì)磁。周期性變化的聲阻抗頻譜以類似方式影響馬達(dá)(10)的電阻抗頻譜。通過(guò)馬達(dá)(10)的電壓源接頭測(cè)量這些變化并將其轉(zhuǎn)換為定子(13)與轉(zhuǎn)子(20)之間的相對(duì)位置變化。
文檔編號(hào)H02N2/10GK1133445SQ9511316
公開日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1995年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月29日
發(fā)明者C·皮克萊特, K·特魯姆皮 申請(qǐng)人:Eta草圖制造公司